JPWO2022185903A5 - - Google Patents
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Description
本発明は、二酸化炭素吸着電池、及び充放電装置に関する。 The present invention relates to a carbon dioxide adsorption battery and a charging/discharging device.
二酸化炭素は、大気中の約0.04%を占める、地球上に広く存在する物質であるだけではなく、産業上広く用いられている。二酸化炭素の利用方法としては、例えば、炭酸飲料、入浴剤、及び消火剤等の発泡用ガス、冷却等に用いられるドライアイス、及び自転車タイヤへの緊急補充用エアー等が挙げられる。また、二酸化炭素は、超臨界状態にすることで、カフェイン等を抽出するための抽出溶媒としても用いることができる。また、工業分野における加工に使用されるレーザや医療用レーザメス等に用いられる炭酸ガスレーザにも、二酸化炭素が用いられている。さらに、コンプレッサの冷媒として、フロン系冷媒の代わりに、二酸化炭素が用いられることもある。また、二酸化炭素は、農業分野においても、例えば、イチゴの促成栽培及び観賞用水槽の水草等の植物の成長を加速させるための二酸化炭素施肥等に用いられる。また、生鮮農産物のCA(Controlled Atomosphere)貯蔵にも、二酸化炭素が用いられている。 Carbon dioxide is not only a widely occurring substance on earth, accounting for about 0.04% of the atmosphere, but also widely used in industry. Examples of ways to use carbon dioxide include carbonated drinks, bath additives, foaming gas such as fire extinguishers, dry ice used for cooling, and air for emergency replenishment of bicycle tires. Moreover, carbon dioxide can also be used as an extraction solvent for extracting caffeine and the like by bringing it into a supercritical state. Carbon dioxide is also used in lasers used for processing in the industrial field and carbon dioxide lasers used in medical laser scalpels and the like. Furthermore, carbon dioxide may be used as a refrigerant for the compressor instead of a fluorocarbon refrigerant. Carbon dioxide is also used in the agricultural field, for example, for forced cultivation of strawberries and carbon dioxide fertilization for accelerating the growth of plants such as aquatic plants in ornamental aquariums. Carbon dioxide is also used for CA (Controlled Atomosphere) storage of fresh agricultural products.
二酸化炭素は、上述したように、様々な分野で用いられていることから、空気等の二酸化炭素を含む気体から二酸化炭素を分離すること等によって、二酸化炭素を得る方法が求められている。また、二酸化炭素は、地球温暖化の原因物質とも言われている。このことからも、二酸化炭素を含む気体から二酸化炭素を分離して、二酸化炭素を利用することが求められている。二酸化炭素を利用するために、例えば、二酸化炭素を含む気体から二酸化炭素を分離する方法、二酸化炭素を吸着及び分離する装置、及び二酸化炭素を利用する装置等の開発が求められている。 As mentioned above, carbon dioxide is used in various fields, and therefore there is a need for a method of obtaining carbon dioxide, such as by separating carbon dioxide from a gas containing carbon dioxide such as air. Carbon dioxide is also said to be a cause of global warming. For this reason as well, there is a need to separate carbon dioxide from a gas containing carbon dioxide and utilize the carbon dioxide. In order to utilize carbon dioxide, there is a need to develop, for example, a method for separating carbon dioxide from a gas containing carbon dioxide, an apparatus for adsorbing and separating carbon dioxide, and an apparatus for utilizing carbon dioxide.
空気等の、酸素と二酸化炭素とを含む混合ガスから、二酸化炭素を分離する方法としては、様々な方法が提案されている。この分離方法としては、例えば、二酸化炭素の吸着剤を用いて、空気中の二酸化炭素を吸着させ、その後、吸着剤に吸着された二酸化炭素を脱離することによって、空気中から二酸化炭素を分離する方法等が挙げられる。二酸化炭素を吸着する吸着剤としては、例えば、活性炭、アミン系溶媒、及び炭酸カリウム水溶液等が挙げられる。また、吸着剤を用いた、二酸化炭素の分離方法としては、より具体的には、加圧して、高圧下で二酸化炭素を吸着剤に吸着させ、その後、減圧させて、吸着剤から二酸化炭素を脱離される圧力変動吸着(PSA:Pressure Swing Adsorption)法等が挙げられる。このPSA法により二酸化炭素を分離する際に用いられる吸着剤としては、特許文献1に記載の吸着剤等が挙げられる。 Various methods have been proposed for separating carbon dioxide from a mixed gas containing oxygen and carbon dioxide, such as air. This separation method involves, for example, using a carbon dioxide adsorbent to adsorb carbon dioxide in the air, and then desorbing the carbon dioxide adsorbed by the adsorbent to separate carbon dioxide from the air. Examples include a method to do so. Examples of adsorbents that adsorb carbon dioxide include activated carbon, amine solvents, and aqueous potassium carbonate solutions. In addition, as a method for separating carbon dioxide using an adsorbent, more specifically, carbon dioxide is adsorbed onto the adsorbent under high pressure by applying pressure, and then the pressure is reduced to remove carbon dioxide from the adsorbent. Examples include a pressure swing adsorption (PSA) method in which desorption is performed. Examples of the adsorbent used when separating carbon dioxide by this PSA method include the adsorbent described in Patent Document 1.
特許文献1には、ナトリウム含有アルミノケイ酸塩のナトリウムイオンの2~80当量%がバリウムイオンでイオン交換された組成物からなる二酸化炭素の吸着剤が記載されている。特許文献1によれば、二酸化炭素の選択比率が高く、かつ、水分の多い条件でも吸収容量が大きい吸着剤を提供することができる旨が開示されている。また、特許文献1には、この吸着剤が、PSA法により二酸化炭素を分離濃縮するために好適に使用できることが開示されている。 Patent Document 1 describes a carbon dioxide adsorbent comprising a composition in which 2 to 80 equivalent % of the sodium ions of a sodium-containing aluminosilicate are ion-exchanged with barium ions. Patent Document 1 discloses that it is possible to provide an adsorbent that has a high carbon dioxide selection ratio and a large absorption capacity even under conditions of high moisture content. Further, Patent Document 1 discloses that this adsorbent can be suitably used to separate and concentrate carbon dioxide by the PSA method.
二酸化炭素を吸着及び分離する装置としては、例えば、特許文献2に記載の酸性ガス吸着脱離デバイス及び特許文献3に記載の二酸化炭素分離装置等が挙げられる。 Examples of devices that adsorb and separate carbon dioxide include the acidic gas adsorption/desorption device described in Patent Document 2 and the carbon dioxide separation device described in Patent Document 3.
特許文献2には、酸化及び還元を行うことで、二酸化炭素等の酸性ガスの吸着及び脱離を行うことができる化合物並びに基材を含む酸性ガス吸着脱離層と、前記酸性ガス吸着脱離層を挟持する一対の電極とを有する酸性ガス吸着脱離デバイスが記載されている。 Patent Document 2 describes an acidic gas adsorption/desorption layer including a base material and a compound capable of adsorbing and desorbing acidic gas such as carbon dioxide by performing oxidation and reduction, and the acidic gas adsorption/desorption layer. An acidic gas adsorption/desorption device is described having a pair of electrodes sandwiching a layer.
特許文献3には、電解質層と、前記電解質層を挟んで、前記電解質層上に設けられた、一対の電極とを、前記一対の電極間に電圧を印加する電圧印加部とを備え、前記一対の電極が、それぞれ、気体を透過可能な電極であり、前記電解質層が、二酸化炭素を溶解可能な電解液と、N-オキシラジカル基を分子内に有するレドックス化合物とを含む二酸化炭素分離装置が記載されている。 Patent Document 3 discloses that an electrolyte layer and a pair of electrodes provided on the electrolyte layer with the electrolyte layer in between are provided with a voltage applying unit that applies a voltage between the pair of electrodes, A carbon dioxide separation device in which the pair of electrodes are gas permeable electrodes, and the electrolyte layer includes an electrolytic solution capable of dissolving carbon dioxide and a redox compound having an N-oxy radical group in the molecule. is listed.
また、二酸化炭素を利用する装置としては、例えば、非特許文献1及び非特許文献2に記載の電池等が挙げられる。 Furthermore, examples of devices that utilize carbon dioxide include the batteries described in Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2.
非特許文献1には、二酸化炭素の利用方法として、二酸化炭素を吸収しながら充電する電池が提案されている。 Non-Patent Document 1 proposes a battery that is charged while absorbing carbon dioxide as a method of utilizing carbon dioxide.
非特許文献2には、レドックス系を取り入れた二酸化炭素充電電池が提案されている。具体的には、ポリ-1,4-アントラキノン及びポリビニルフェロセンのそれぞれを、負極及び正極で用いる二酸化炭素充電電池が提案されている。 Non-Patent Document 2 proposes a carbon dioxide rechargeable battery incorporating a redox system. Specifically, a carbon dioxide rechargeable battery has been proposed in which poly-1,4-anthraquinone and polyvinylferrocene are used in the negative and positive electrodes, respectively.
本発明は、二酸化炭素を含む気体から二酸化炭素を簡易に吸着しつつ、充電可能な二酸化炭素吸着電池を提供することを目的とする。また、本発明は、前記二酸化炭素吸着電池を備える充放電装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a carbon dioxide adsorption battery that can be charged while easily adsorbing carbon dioxide from a gas containing carbon dioxide. Another object of the present invention is to provide a charging/discharging device including the carbon dioxide adsorption battery.
本発明の一局面は、負極と、正極と、前記負極と前記正極との間に配置されたセパレータと、前記負極と前記セパレータとの間及び前記正極と前記セパレータとの間のそれぞれに配置された電解質層とを備え、前記負極が、気体を透過可能な電極であり、前記電解質層が、二酸化炭素を溶解可能な電解液と、N-オキシラジカル基を分子内に有するレドックス化合物とを含み、前記セパレータが、前記レドックス化合物の透過を抑制し、前記電解液を透過可能である二酸化炭素吸着電池である。 One aspect of the present invention is a negative electrode , a positive electrode, a separator disposed between the negative electrode and the positive electrode , and a separator disposed between the negative electrode and the separator and between the positive electrode and the separator, respectively. the negative electrode is a gas-permeable electrode, and the electrolyte layer includes an electrolytic solution capable of dissolving carbon dioxide and a redox compound having an N-oxy radical group in the molecule. , the separator is a carbon dioxide adsorption battery in which the separator suppresses permeation of the redox compound and allows the electrolyte to permeate.
PSA法により二酸化炭素を分離する方法、例えば、特許文献1に記載の吸着剤等を用いた方法では、上述したように、加圧及び減圧が必要である。また、吸着剤を用いた二酸化炭素の分離方法であれば、PSA法以外の方法であっても、吸着剤に二酸化炭素を吸着させる操作だけではなく、吸着剤に吸着された二酸化炭素を脱離する操作に、例えば、加熱処理等が必要である。このことから、吸着剤を用いた二酸化炭素の分離方法は、比較的多くのエネルギーを必要としたり、比較的大型の装置を必要とすることがあった。 The method of separating carbon dioxide by the PSA method, for example, the method using an adsorbent described in Patent Document 1, requires pressurization and depressurization as described above. In addition, if the carbon dioxide separation method uses an adsorbent, even if it is a method other than the PSA method, it is possible to not only adsorb carbon dioxide on the adsorbent but also desorb the carbon dioxide adsorbed on the adsorbent. This operation requires, for example, heat treatment. For this reason, carbon dioxide separation methods using adsorbents sometimes require a relatively large amount of energy or relatively large equipment.
二酸化炭素の分離方法としては、二酸化炭素の分離に多くのエネルギーを用いずに、また、比較的大きな装置を用いない、簡便な方法で、二酸化炭素を分離できることが求められている。 As a method for separating carbon dioxide, there is a need for a simple method that can separate carbon dioxide without using a lot of energy or using relatively large equipment.
特許文献2によれば、固体状態で酸性ガスの吸着脱離を行うことができることが開示されている。具体的には、特許文献2に記載の方法は、まず、電極間に電圧を印加させて、酸性ガス吸着脱離層に、酸性ガスを吸着させる。その後、電極間に印加する電圧を、電極間に配置された酸性ガス吸着脱離層に流れる電流が吸着時とは反対方向になるように反転させて、前記酸性ガス吸着脱離層から酸性ガスを脱離させる。このように、特許文献2に記載の方法では、酸性ガス吸着脱離層に酸性ガスを吸着させる際と、吸着された酸性ガスを酸性ガス吸着脱離層から脱離させる際とでは、電極間に印加する電圧を反転させる。酸性ガスとして、二酸化炭素に着目して、この特許文献2に記載の装置等で、二酸化炭素を分離させようとしても、上述したように、電極間に印加する電圧を反転させる必要があった。このことから、特許文献2に記載の方法では、前記特許文献1に記載の吸着剤を用いた場合と同様、比較的多くのエネルギーを必要としたり、比較的大型の装置を必要とする場合があった。 According to Patent Document 2, it is disclosed that adsorption and desorption of acidic gas can be performed in a solid state. Specifically, in the method described in Patent Document 2, first, a voltage is applied between the electrodes to cause the acidic gas adsorption/desorption layer to adsorb acidic gas. Thereafter, the voltage applied between the electrodes is reversed so that the current flowing through the acidic gas adsorption/desorption layer arranged between the electrodes is in the opposite direction to that during adsorption, and the acidic gas is removed from the acidic gas adsorption/desorption layer. to detach. As described above, in the method described in Patent Document 2, when adsorbing acidic gas to the acidic gas adsorption/desorption layer and when desorbing the adsorbed acidic gas from the acidic gas adsorption/desorption layer, the difference between the electrodes is Reverse the voltage applied to the Even if an attempt was made to separate carbon dioxide using the apparatus described in Patent Document 2, focusing on carbon dioxide as an acidic gas, as described above, it was necessary to reverse the voltage applied between the electrodes. For this reason, the method described in Patent Document 2 may require a relatively large amount of energy or a relatively large device, as in the case of using the adsorbent described in Patent Document 1. there were.
特許文献3によれば、二酸化炭素を含む気体から二酸化炭素を簡易に分離することができる二酸化炭素分離装置を提供することができることが開示されている。特許文献3には、この二酸化炭素分離装置は、一対の電極間に印加する電圧を、二酸化炭素を吸着させる際と放出させる際とで反転させることなく、二酸化炭素を分離することができる旨が開示されている。具体的には、前記二酸化炭素分離装置に備えられる一対の電極間に電圧を印加することで、一方の電極を透過してきた二酸化炭素がN-オキシラジカル基を分子内に有する化合物に結合し、この二酸化炭素が結合した化合物が他方の電極側まで流動して、そこで前記化合物から二酸化炭素が放出される旨が開示されている。 Patent Document 3 discloses that it is possible to provide a carbon dioxide separation device that can easily separate carbon dioxide from a gas containing carbon dioxide. Patent Document 3 states that this carbon dioxide separation device can separate carbon dioxide without reversing the voltage applied between a pair of electrodes between adsorbing and releasing carbon dioxide. Disclosed. Specifically, by applying a voltage between a pair of electrodes provided in the carbon dioxide separator, carbon dioxide that has passed through one electrode is bonded to a compound having an N-oxy radical group in the molecule, It is disclosed that this compound to which carbon dioxide is bound flows to the other electrode side, where carbon dioxide is released from the compound.
本発明者の検討によれば、特許文献3に記載の二酸化炭素分離装置では、蓄電することはできなかった。具体的には、特許文献3に記載の二酸化炭素分離装置は、上記のように、前記一対の電極間に電圧を印加することで、二酸化炭素に関する流動が連続して行われ、よって、二酸化炭素の分離を行っている際には、電流が一方向に常に流れることから、蓄電することができないと考えられる。 According to the study by the present inventor, the carbon dioxide separator described in Patent Document 3 was unable to store electricity. Specifically, in the carbon dioxide separator described in Patent Document 3, as described above, by applying a voltage between the pair of electrodes, the flow of carbon dioxide is continuously performed. During separation, current always flows in one direction, so it is thought that electricity cannot be stored.
非特許文献1には、充電時に二酸化炭素を吸着する蓄電池が示されているが、本発明者の検討によれば、非特許文献1に記載の蓄電池では、電池のサイクル寿命が短い等の耐久性に乏しく、実用化は難しいことを見出した。 Non-Patent Document 1 discloses a storage battery that adsorbs carbon dioxide during charging. However, according to the study of the present inventor, the storage battery described in Non-Patent Document 1 has poor durability such as a short battery cycle life. They found that it was difficult to put it into practical use because of its poor performance.
非特許文献2には、非特許文献1に記載の技術と同様、充電時に二酸化炭素を吸着する蓄電池が示されている。しかしながら、二酸化炭素の吸着には、ポリ-1,4-アントラキノン等のキノン化合物の一次電子受容体が用いられており、このようなキノン化合物は耐熱性が低いことが知られている。また、前記キノン化合物が用いられている負極の対極である正極には、鉄を中心金属とするフェロセン型の化合物が用いられており、このような化合物として、ポリビニルフェロセン等の、特殊で高価な化合物が用いられており、経済的にも好ましくない。 Similar to the technology described in Non-Patent Document 1, Non-Patent Document 2 discloses a storage battery that adsorbs carbon dioxide during charging. However, primary electron acceptors of quinone compounds such as poly-1,4-anthraquinone are used to adsorb carbon dioxide, and it is known that such quinone compounds have low heat resistance. In addition, the positive electrode, which is the opposite electrode to the negative electrode in which the quinone compound is used, uses a ferrocene-type compound with iron as the central metal. compounds are used, which is economically unfavorable.
これらのことから、二酸化炭素を有効利用するためにも、これらの材料以外の材料を用いることによって、充電時に二酸化炭素を吸着することができる二次電池の開発が求められている。 For these reasons, in order to effectively utilize carbon dioxide, there is a need to develop a secondary battery that can adsorb carbon dioxide during charging by using materials other than these materials.
本発明者は、種々検討した結果、以下の本発明により、二酸化炭素を含む気体から二酸化炭素を簡易に吸着しつつ、充電可能な二酸化炭素吸着電池を提供するといった上記目的が達成されることを見出した。 As a result of various studies, the present inventor has found that the following invention achieves the above object of providing a rechargeable carbon dioxide adsorption battery while easily adsorbing carbon dioxide from a gas containing carbon dioxide. I found it.
以下、本発明に係る実施形態について説明するが、本発明は、これらに限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described, but the present invention is not limited thereto.
[二酸化炭素吸着電池]
本発明の実施形態に係る二酸化炭素吸着電池10は、図1及び図2に示すように、負極11と、正極12と、前記負極11と前記正極12との間に配置されたセパレータ16と、前記負極11と前記セパレータ16との間及び前記正極12と前記セパレータ16との間のそれぞれに配置された電解質層13とを備える。すなわち、前記二酸化炭素吸着電池10は、セパレータ16と、前記セパレータ16の両面に設けられた電解質層13と、前記電解質層13を挟んで、前記電解質層13上に設けられた、負極11及び正極12とからなる一対の電極11、12とを備える。前記負極11は、気体を透過可能な電極である。前記電解質層13は、二酸化炭素を溶解可能な電解液と、N-オキシラジカル基を分子内に有する化合物とを含む。また、前記セパレータ16は、前記レドックス化合物の透過を抑制し、前記電解液を透過可能である。すなわち、前記セパレータ16は、前記レドックス化合物を前記電解液より透過しにくい。また、前記セパレータ16は、前記電解液を透過可能であるものの、前記レドックス化合物を透過させないものが好ましい。前記二酸化炭素吸着電池10には、気体が前記負極11に接触しながら流通する流路15を備えていてもよい。前記流路15は、気体を流通させることができる流路であれば、特に限定されない。
[Carbon dioxide adsorption battery]
As shown in FIGS. 1 and 2, the carbon dioxide adsorption battery 10 according to the embodiment of the present invention includes a negative electrode 11, a positive electrode 12, and a separator 16 disposed between the negative electrode 11 and the positive electrode 12. An electrolyte layer 13 is provided between the negative electrode 11 and the separator 16 and between the positive electrode 12 and the separator 16, respectively. That is, the carbon dioxide adsorption battery 10 includes a separator 16, an electrolyte layer 13 provided on both sides of the separator 16, and a negative electrode 11 and a positive electrode provided on the electrolyte layer 13 with the electrolyte layer 13 in between. 12, a pair of electrodes 11 and 12 are provided. The negative electrode 11 is an electrode that is permeable to gas. The electrolyte layer 13 includes an electrolytic solution capable of dissolving carbon dioxide and a compound having an N-oxy radical group in its molecule. Further, the separator 16 suppresses the permeation of the redox compound and allows the electrolyte to permeate. That is, the separator 16 is less permeable to the redox compound than the electrolyte. Further, the separator 16 is preferably one that allows the electrolyte to pass through but does not allow the redox compound to pass through. The carbon dioxide adsorption battery 10 may include a flow path 15 through which gas flows while contacting the negative electrode 11 . The flow path 15 is not particularly limited as long as it is a flow path through which gas can flow.
なお、図1及び図2は、本発明の実施形態に係る二酸化炭素吸着電池の構成の一例(前記二酸化炭素吸着電池10)を示す概略断面図であり、図1は、前記二酸化炭素吸着電池10の充電時を示し、図2は、前記二酸化炭素吸着電池10の放電時を示す。 Note that FIGS. 1 and 2 are schematic cross-sectional views showing an example of the configuration of a carbon dioxide adsorption battery (the carbon dioxide adsorption battery 10) according to an embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 2 shows the carbon dioxide adsorption battery 10 when it is being discharged.
前記二酸化炭素吸着電池10は、充電時には、前記負極11の電位が前記正極12の電位より低くなるように、前記負極11と前記正極12との間(前記負極11及び前記正極12からなる一対の電極間)に電圧を印加する。前記二酸化炭素吸着電池10の充電は、前記のように電圧を印加することができれば、特に限定されない。前記二酸化炭素吸着電池10の充電としては、例えば、図1に示すように、前記負極11の電位が前記正極12の電位より低くなるように、前記負極11及び前記正極12からなる一対の電極間に電圧を印加する電圧印加部14を設けることによる充電等が挙げられる。前記二酸化炭素吸着電池10は、図2に示すように、前記負極11及び前記正極12からなる一対の電極間に抵抗17等を設けて、放電する。なお、前記負極11は、充電時には、二酸化炭素を含む気体から二酸化炭素を取り込む側のカソード電極となり、放電時には、充電時に取り込まれた二酸化炭素を放出する側のアノード電極となる。また、前記正極12は、充電時には、アノード電極になり、放電時にはカソード電極となる。 During charging, the carbon dioxide adsorption battery 10 is arranged so that the potential of the negative electrode 11 is lower than the potential of the positive electrode 12 . A voltage is applied between the electrodes). Charging of the carbon dioxide adsorption battery 10 is not particularly limited as long as a voltage can be applied as described above. For charging the carbon dioxide adsorption battery 10 , for example , as shown in FIG . For example, charging may be performed by providing a voltage applying section 14 that applies a voltage to the battery. As shown in FIG. 2, the carbon dioxide adsorption battery 10 is discharged by providing a resistor 17 and the like between a pair of electrodes consisting of the negative electrode 11 and the positive electrode 12. Note that during charging, the negative electrode 11 serves as a cathode electrode that takes in carbon dioxide from a gas containing carbon dioxide, and during discharging, it serves as an anode electrode that releases carbon dioxide taken in during charging. Further, the positive electrode 12 becomes an anode electrode during charging , and becomes a cathode electrode during discharging.
本実施形態に係る二酸化炭素吸着電池10は、二酸化炭素を含む気体から二酸化炭素を簡易に分離・吸着することができる。具体的には、前記二酸化炭素吸着電池10は、図1に示すように、前記電圧印加部14によって、前記負極11の電位が、前記正極12の電位より低くなるように、これらの電極11,12間に印加すると、以下のように、二酸化炭素を含む気体から二酸化炭素が分離される。また、前記二酸化炭素吸着電池10は、このように電圧を印加することで、充電される。よって、前記二酸化炭素吸着電池10は、前記流路15に、二酸化炭素を含む気体、例えば、空気等を流通させて、二酸化炭素を前記負極11に接触させると、二酸化炭素が前記電解質層13中に吸着(固定化)され、同時に電池として充電される。また、前記二酸化炭素吸着電池10は、図2に示すような放電時には、二酸化炭素が前記電解質層13から放出される。 The carbon dioxide adsorption battery 10 according to this embodiment can easily separate and adsorb carbon dioxide from a gas containing carbon dioxide. Specifically, as shown in FIG. 1, in the carbon dioxide adsorption battery 10 , the electrodes 11, When applied for 12 hours, carbon dioxide is separated from a gas containing carbon dioxide as follows. Further, the carbon dioxide adsorption battery 10 is charged by applying voltage in this manner. Therefore, in the carbon dioxide adsorption battery 10, when a gas containing carbon dioxide, such as air, is caused to flow through the flow path 15 and the carbon dioxide is brought into contact with the negative electrode 11, carbon dioxide is absorbed into the electrolyte layer 13. is adsorbed (immobilized) on the battery and simultaneously charged as a battery. Further, in the carbon dioxide adsorption battery 10, carbon dioxide is released from the electrolyte layer 13 during discharge as shown in FIG.
前記二酸化炭素吸着電池10では、充電時には、前記流路15から供給された空気等の気体より二酸化炭素濃度が低下した気体が排出され、放電時には、前記流路15から供給された気体より二酸化炭素濃度が高まった気体が排出される。放電時に前記二酸化炭素吸着電池から放出される気体は、具体的には、充電時に前記二酸化炭素吸着電池に吸着されていた気体が主となるため、二酸化炭素濃度の非常に高い気体である。これらのことから、前記二酸化炭素吸着電池10は、二酸化炭素を濃縮できる。 In the carbon dioxide adsorption battery 10, during charging, a gas having a lower carbon dioxide concentration than the gas such as air supplied from the flow path 15 is discharged, and during discharging, carbon dioxide is lowered than the gas supplied from the flow path 15. The concentrated gas is exhausted. Specifically, the gas released from the carbon dioxide adsorption battery during discharging is mainly the gas that was adsorbed by the carbon dioxide adsorption battery during charging, and therefore has a very high carbon dioxide concentration. For these reasons, the carbon dioxide adsorption battery 10 can concentrate carbon dioxide.
よって、前記二酸化炭素吸着電池10は、充電時に二酸化炭素を吸着し、放電時に二酸化炭素を放出することができる。すなわち、前記二酸化炭素吸着電池10は、充電時には、前記電解質層13に対する二酸化炭素の親和性が高まり、放電時は、前記電解質層13に対する二酸化炭素の親和性が低下する。このような、一対の電極11、12間への電圧の印加等によって、前記電解質層13に対する二酸化炭素の親和性を変化させることができ、二酸化炭素を吸着させたり、放出させたりすることができる。そして、この吸着及び放出によって、二酸化炭素を濃縮することができる。これらの二酸化炭素の吸着及び放出は、電圧の印加によって行うので、室温及び大気圧等でも行うことができる。 Therefore, the carbon dioxide adsorption battery 10 can adsorb carbon dioxide during charging and release carbon dioxide during discharge. That is, in the carbon dioxide adsorption battery 10, the affinity of carbon dioxide for the electrolyte layer 13 increases during charging, and the affinity of carbon dioxide for the electrolyte layer 13 decreases during discharge. By applying a voltage between the pair of electrodes 11 and 12, the affinity of carbon dioxide to the electrolyte layer 13 can be changed, and carbon dioxide can be adsorbed or released. . Carbon dioxide can be concentrated by this adsorption and release. Since adsorption and release of carbon dioxide is performed by applying voltage, it can be performed at room temperature, atmospheric pressure, etc.
前記二酸化炭素吸着電池10における上記の作用機序は、以下のことによると考えられる。 The above mechanism of action in the carbon dioxide adsorption battery 10 is thought to be due to the following.
前記負極11は、前記負極11周辺に存在する気体を透過させることができる。前記負極11を気体が透過すると、前記負極11を透過した気体は前記電解質層13に接触することになる。このことにより、前記負極11周辺に存在する気体に含まれる二酸化炭素は、前記電解質層13に含まれる電解液に溶解される。 The negative electrode 11 can allow gas present around the negative electrode 11 to pass therethrough. When gas passes through the negative electrode 11 , the gas that has passed through the negative electrode 11 comes into contact with the electrolyte layer 13 . As a result, carbon dioxide contained in the gas existing around the negative electrode 11 is dissolved in the electrolytic solution contained in the electrolyte layer 13.
前記二酸化炭素吸着電池10は、充電時には、前記負極11の電位が前記正極12の電位より低くなるように、すなわち、前記正極12の電位が前記負極11の電位より高くなるように、前記負極11及び前記正極12からなる一対の電極11、12間に電圧を印加する。 During charging, the carbon dioxide adsorption battery 10 is configured such that the negative electrode 11 is set such that the potential of the negative electrode 11 is lower than the potential of the positive electrode 12, that is, the potential of the positive electrode 12 is higher than the potential of the negative electrode 11. A voltage is applied between the pair of electrodes 11 and 12 made up of the positive electrode 12.
前記電解質層13に含まれる前記レドックス化合物は、前記負極11に近い側では、前記負極11の電位が前記正極12の電位より高いことから、下記式(2)に示すように、N-オキシラジカル基が還元され、N-オキシアニオン基になる。そして、下記式(3)に示すように、前記電解液に溶解された二酸化炭素が、このN-オキシアニオン基に結合されるため、前記電解液への二酸化炭素の溶解が促進される。このため、前記二酸化炭素吸着電池10は、充電時には、前記負極11側から二酸化炭素が取り込まれ、前記電解質層13に二酸化炭素が吸着されることになる。 Since the potential of the negative electrode 11 is higher than the potential of the positive electrode 12 on the side closer to the negative electrode 11 , the redox compound contained in the electrolyte layer 13 is an N-oxy radical, as shown in the following formula (2). The group is reduced to an N-oxyanion group. Then, as shown in the following formula (3), carbon dioxide dissolved in the electrolytic solution is bonded to this N-oxyanion group, so that dissolution of carbon dioxide in the electrolytic solution is promoted. Therefore, when the carbon dioxide adsorption battery 10 is charged, carbon dioxide is taken in from the negative electrode 11 side, and carbon dioxide is adsorbed into the electrolyte layer 13.
一方で、前記電解質層13に含まれる前記レドックス化合物は、前記正極12に近い側では、前記正極12の電位が前記負極11の電位より低いことから、下記式(4)に示すように、N-オキシラジカル基が酸化され、N-オキシカチオン基になる。 On the other hand, since the potential of the positive electrode 12 is lower than the potential of the negative electrode 11 on the side near the positive electrode 12, the redox compound contained in the electrolyte layer 13 is -The oxy radical group is oxidized to become an N-oxycation group.
前記セパレータ16は、前記電解液を透過可能であるものの、前記レドックス化合物の透過を抑制する。すなわち、前記レドックス化合物は前記電解液より前記セパレータ16を透過しにくい。このため、N-オキシラジカル基が還元され、N-オキシアニオン基になったレドックス化合物も、二酸化炭素が結合されたレドックス化合物も、前記セパレータを透過して、前記正極側に移行しにくい。よって、充電を停止させた後も、放電させなければ、これらのレドックス化合物は、前記電解質層13の前記セパレータ16より前記負極11側に保持される。N-オキシラジカル基が酸化され、N-オキシカチオン基になったレドックス化合物も、前記セパレータ16を透過して、前記負極11側に移行しにくい。よって、充電を停止させた後も、放電させなければ、このN-オキシカチオン基を分子内に有するレドックス化合物は、前記電解質層13の前記セパレータ16より前記正極12側に保持される。これらのことから、前記二酸化炭素吸着電池10は、充電状態を維持することができる。 Although the separator 16 is permeable to the electrolytic solution, it suppresses permeation of the redox compound. That is, the redox compound is less likely to permeate through the separator 16 than the electrolyte. Therefore, both the redox compound whose N-oxyradical group is reduced to become an N-oxyanion group and the redox compound to which carbon dioxide is bonded are difficult to pass through the separator and migrate to the positive electrode side. Therefore, even after charging is stopped, these redox compounds are retained in the electrolyte layer 13 closer to the negative electrode 11 than the separator 16 unless discharge is performed. A redox compound whose N-oxy radical group is oxidized to become an N-oxycation group is also difficult to pass through the separator 16 and migrate to the negative electrode 11 side. Therefore, even after charging is stopped, if discharge is not performed, the redox compound having an N-oxycation group in its molecule is retained closer to the positive electrode 12 than the separator 16 of the electrolyte layer 13. For these reasons, the carbon dioxide adsorption battery 10 can maintain a charged state.
次に、充電された前記二酸化炭素吸着電池10を放電すると、下記式(5)に示すように、前記電解質層13の前記セパレータ16より前記正極12側では、N-オキシカチオン基がN-オキシラジカル基に戻る。前記電解質層13の前記セパレータ16より前記負極11側では、前記レドックス化合物から、下記式(6)に示すように、二酸化炭素が脱離し、下記式(7)に示すように、N-オキシアニオン基がN-オキシラジカル基に戻る。よって、前記二酸化炭素吸着電池10は、放電時には、前記負極11側から二酸化炭素を放出することができる。放電時に前記二酸化炭素吸着電池10から放出される気体は、充電時に前記二酸化炭素吸着電池10に吸着されていた気体が主となるため、二酸化炭素濃度の非常に高い気体である。このことから、前記二酸化炭素吸着電池10は、二酸化炭素を濃縮できることになる。 Next, when the charged carbon dioxide adsorption battery 10 is discharged, as shown in the following formula (5), the N-oxycation group changes from the N-oxycation group in the electrolyte layer 13 closer to the positive electrode 12 than the separator 16 Return to radical groups. On the side of the negative electrode 11 from the separator 16 of the electrolyte layer 13, carbon dioxide is desorbed from the redox compound as shown in the following formula (6), and N-oxyanion is formed as shown in the following formula (7). The group returns to an N-oxy radical group. Therefore, the carbon dioxide adsorption battery 10 can release carbon dioxide from the negative electrode 11 side during discharge. The gas released from the carbon dioxide adsorption battery 10 during discharging is mainly the gas that was adsorbed in the carbon dioxide adsorption battery 10 during charging, and is therefore a gas with a very high carbon dioxide concentration. From this, the carbon dioxide adsorption battery 10 can concentrate carbon dioxide.
以上のように、前記二酸化炭素吸着電池10は、充電時に二酸化炭素を吸着し、放電時に二酸化炭素を放出することができ、二酸化炭素を含む気体から二酸化炭素を簡易に吸着しつつ、充電をすることができると考えられる。また、前記二酸化炭素吸着電池10は、前記のような二酸化炭素の吸着及び放出によって、二酸化炭素を濃縮することができると考えられる。また、前記二酸化炭素吸着電池10は、前記キノン化合物ではなく、前記キノン化合物より耐久性の高いN-オキシラジカル基を分子内に有するレドックス化合物を用いることから、耐久性にも優れている。 As described above, the carbon dioxide adsorption battery 10 can adsorb carbon dioxide during charging and release carbon dioxide during discharge, and can easily adsorb carbon dioxide from a gas containing carbon dioxide while charging. It is thought that it is possible to do so. Further, it is believed that the carbon dioxide adsorption battery 10 can concentrate carbon dioxide by adsorbing and releasing carbon dioxide as described above. Furthermore, the carbon dioxide adsorption battery 10 has excellent durability because it uses a redox compound having an N-oxy radical group in its molecule, which is more durable than the quinone compound, instead of the quinone compound.
(負極)
前記負極11は、気体を透過可能な電極であれば、特に限定されない。すなわち、前記負極11は、二酸化炭素等の気体を透過することができ、前記一対の電極11,12で挟みこまれた前記電解質層13に電流を流すことができる導電部材であればよい。また、前記負極11としては、電子の移動を阻害しない程度の導電性を有し、電荷を蓄積でき、通気性に優れ、気体の接触面積が広い多孔質体であることが好ましい。前記負極11としては、具体的には、多孔性の導電材料で構成される電極等が挙げられ、より具体的には、炭素を主成分として含む多孔質体、炭素からなる多孔質体、及び多孔性金属層等が挙げられる。前記多孔性の導電材料としては、例えば、多孔性金属、炭素を主成分として含む多孔質体、及び炭素からなる多孔質体等が挙げられる。前記多孔性の導電材料としては、これらを単独で用いてもよいし、2種以上を組み合させて用いてもよい。すなわち、前記負極11としては、これらの多孔性の導電材料のうち、単独の導電材料から構成される電極であってもよいし、2種以上の導電材料を組み合わせて構成される電極であってもよい。
( Negative electrode )
The negative electrode 11 is not particularly limited as long as it is an electrode that can permeate gas. That is, the negative electrode 11 may be any conductive member as long as it can pass gas such as carbon dioxide and allow current to flow through the electrolyte layer 13 sandwiched between the pair of electrodes 11 and 12. Further, the negative electrode 11 is preferably a porous material that has conductivity to the extent that it does not inhibit the movement of electrons, can accumulate charges, has excellent air permeability, and has a large contact area with gas. Specifically, the negative electrode 11 includes an electrode made of a porous conductive material, and more specifically, a porous body containing carbon as a main component, a porous body consisting of carbon, and the like. Examples include porous metal layers. Examples of the porous conductive material include porous metals, porous bodies containing carbon as a main component, and porous bodies made of carbon. As the porous conductive material, these may be used alone or in combination of two or more. That is, the negative electrode 11 may be an electrode made of a single conductive material among these porous conductive materials, or an electrode made of a combination of two or more kinds of conductive materials. Good too.
前記多孔質体に含まれる炭素としては、具体的には、グラファイト、カーボンナノチューブ、活性炭繊維等の活性炭、及び炭素繊維等の炭素質材料が挙げられる。また、この炭素としては、グラファイト、カーボンナノチューブ、活性炭、及び炭素繊維であることが好ましく、耐腐食性及び比表面積の点から、活性炭繊維等の活性炭であることがより好ましい。また、この炭素としては、各種炭素質材料を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。この炭素が含まれる多孔質体としては、前記炭素質材料を、布状やフェルト状にしたものが好ましい。よって、前記多孔質体である電極としては、具体的には、カーボンシート、カーボンクロス、及びカーボンペーパー等が挙げられる。また、前記多孔質体である電極としては、活性炭や炭素繊維を用いたカーボン系電極、及び針状の導電材料を用いた空隙率の高い電極等も挙げられる。また、前記電極としては、上記各電極の中でも、グラファイト、カーボンナノチューブ、活性炭、及び炭素繊維からなる群から選ばれる少なくとも1種を含む導電部材からなる電極であることが好ましい。このような電極であれば、気体を好適に透過でき、前記電圧印加部14による、前記一対の電極11、12間に電圧を好適に印加できると考えられる。このため、この負極11を用いることによって、充電時に二酸化炭素を含む気体から二酸化炭素をより好適に吸着することができ、放電時に二酸化炭素をより好適に放出することができる二酸化炭素吸着電池が得られる。 Specific examples of the carbon contained in the porous body include graphite, carbon nanotubes, activated carbon such as activated carbon fibers, and carbonaceous materials such as carbon fibers. Further, the carbon is preferably graphite, carbon nanotubes, activated carbon, and carbon fiber, and from the viewpoint of corrosion resistance and specific surface area, activated carbon such as activated carbon fiber is more preferable. Further, as the carbon, various carbonaceous materials may be used alone, or two or more types may be used in combination. The porous body containing carbon is preferably a cloth-like or felt-like material made of the carbonaceous material. Therefore, specific examples of the porous electrode include a carbon sheet, carbon cloth, and carbon paper. Examples of the porous electrode include carbon-based electrodes using activated carbon or carbon fibers, and electrodes with high porosity using needle-shaped conductive materials. Further, among the above-mentioned electrodes, the electrode is preferably an electrode made of a conductive member containing at least one selected from the group consisting of graphite, carbon nanotubes, activated carbon, and carbon fibers. It is considered that such an electrode can suitably allow gas to pass through and suitably apply a voltage between the pair of electrodes 11 and 12 by the voltage applying section 14. Therefore, by using this negative electrode 11, it is possible to obtain a carbon dioxide adsorption battery that can better adsorb carbon dioxide from a gas containing carbon dioxide during charging and release carbon dioxide more suitably during discharge. It will be done.
前記多孔性金属層は、多数の孔が形成されている金属層である。また、前記多孔性金属層は、前記孔が、通気性に優れる点で、金属層全体にわたって形成されていることが好ましい。また、前記多孔性金属層を得る方法としては、前記孔が形成されていない金属層(前記孔を形成する前の金属層)に、多数の孔が形成される処理を施す方法(多孔化する方法)であれば、特に限定されない。この方法としては、例えば、切削、研磨及びサンドブラスト等の物理的な方法、及び、酸や塩基等のエッチング液を用いた、電解エッチングや無電解エッチング等の化学的な方法等が挙げられる。また、多孔化する方法としては、前記各方法を単独で行ってもよいし、2種以上を組み合わせて行ってもよい。また、多孔化する方法としては、表面積を大きくするという観点から、形成する孔(細孔)をより緻密にする(より緻密な孔を形成させる)ため、化学的な方法であることが好ましい。また、前記金属層の材質としては、特に限定されず、例えば、アルミニウム、銅、銀、金、鉄、チタン、モリブデン、タングステン、ニッケル、及びこれらの合金等が挙げられる。前記金属層の材質としては、この中でも、価格及び加工性の観点から、アルミニウムであることが好ましい。また、前記孔を形成する前の金属層としては、いわゆるアルミニウム箔であることが好ましい。 The porous metal layer is a metal layer in which a large number of holes are formed. Further, in the porous metal layer, the pores are preferably formed over the entire metal layer in terms of excellent air permeability. In addition, as a method for obtaining the porous metal layer, a method is performed in which a metal layer in which no pores are formed (a metal layer before forming pores) is subjected to a process in which a large number of pores are formed (porous formation). method), there are no particular limitations. Examples of this method include physical methods such as cutting, polishing, and sandblasting, and chemical methods such as electrolytic etching and electroless etching using an etching solution such as an acid or a base. Moreover, as a method for making the material porous, each of the above methods may be used alone, or two or more methods may be used in combination. Further, as a method for making the material porous, a chemical method is preferable in order to make the pores (pores) to be formed more dense (to form more dense pores) from the viewpoint of increasing the surface area. Further, the material of the metal layer is not particularly limited, and examples thereof include aluminum, copper, silver, gold, iron, titanium, molybdenum, tungsten, nickel, and alloys thereof. Among these, aluminum is preferable as the material for the metal layer from the viewpoints of cost and workability. Further, the metal layer before forming the holes is preferably a so-called aluminum foil.
前記負極11のBET比表面積は、特には限定されないが、例えば、1m2/g以上であることが好ましく、100m2/g以上であることがより好ましく、500m2/g以上であることがより好ましい。前記負極11のBET比表面積は、気体の透過性(通気性)の観点から大きいほうが好ましいが、前記負極11の強度等の関係から、3000m2/g以下であることが好ましい。よって、前記負極11のBET比表面積は、1~3000m2/gであることが好ましく、100~2500m2/gであることがより好ましく、500~2000m2/gであることがより好ましい。前記負極11のBET比表面積が小さすぎると、気体の透過性(通気性)が低下し、二酸化炭素の透過が阻害される傾向がある。また、前記負極11のBET比表面積が大きすぎると、電極の強度等が不充分になる傾向がある。これらのことから、前記電極11のBET比表面積が、上記範囲内であれば、長期間にわたって、二酸化炭素の吸着及び放出を実現することができ、二酸化炭素電池として長期間にわたって使用できる。なお、BET比表面積は、BET法によって測定される比表面積であり、公知の方法で測定可能である。BET比表面積の測定方法としては、例えば、窒素吸着等温線測定を行い、得られた吸着等温線から算出する方法等が挙げられる。 The BET specific surface area of the negative electrode 11 is not particularly limited, but for example, it is preferably 1 m 2 /g or more, more preferably 100 m 2 /g or more, and even more preferably 500 m 2 /g or more. preferable. The BET specific surface area of the negative electrode 11 is preferably larger from the viewpoint of gas permeability (air permeability), but from the viewpoint of the strength of the negative electrode 11, it is preferably 3000 m 2 /g or less. Therefore, the BET specific surface area of the negative electrode 11 is preferably 1 to 3000 m 2 /g, more preferably 100 to 2500 m 2 /g, and even more preferably 500 to 2000 m 2 /g. If the BET specific surface area of the negative electrode 11 is too small, gas permeability (air permeability) tends to decrease and carbon dioxide permeation tends to be inhibited. Furthermore, if the BET specific surface area of the negative electrode 11 is too large, the strength of the electrode tends to be insufficient. For these reasons, if the BET specific surface area of the electrode 11 is within the above range, adsorption and release of carbon dioxide can be realized over a long period of time, and it can be used as a carbon dioxide battery for a long period of time. Note that the BET specific surface area is a specific surface area measured by the BET method, and can be measured by a known method. Examples of the method for measuring the BET specific surface area include a method of measuring a nitrogen adsorption isotherm and calculating from the obtained adsorption isotherm.
前記負極11としては、集電体をさらに備えていてもよい。すなわち、前記負極11は、前記多孔質体からなるものであってもよいし、前記多孔質体及び前記集電体を備えたものであってもよい。前記集電体としては、前記気体の透過を阻害しない集電体であれば、特に限定されない。前記集電体としては、例えば、導電性を有する素材で構成され、かつ、気体の透過を妨げない範囲で開口したものを用いることができる。前記集電体としては、より具体的には、メッシュメタル、パンチングメタル、及びエキスパンドメタル等の金属からなるものであってもよいし、天然繊維又は合成繊維からなる織物布又は不織布にめっきして導電性を持たせたものであってもよい。前記集電体として使用できる金属としては、例えば、ステンレス鋼、鉄、ニッケル、及び銅等を使用することができる。 The negative electrode 11 may further include a current collector. That is, the negative electrode 11 may be made of the porous body, or may include the porous body and the current collector. The current collector is not particularly limited as long as it does not inhibit the permeation of the gas. As the current collector, for example, one that is made of a conductive material and has openings within a range that does not prevent gas permeation can be used. More specifically, the current collector may be made of metal such as mesh metal, punched metal, and expanded metal, or may be made by plating a woven or nonwoven fabric made of natural fibers or synthetic fibers. It may also be made conductive. Examples of metals that can be used as the current collector include stainless steel, iron, nickel, and copper.
前記多孔質体及び前記集電体を備えた負極11は、前記多孔体と前記集電体とが一体化されていることが好ましく、一体化させる方法としては、特に限定されない。一体化された前記多孔体と前記集電体とは、一体化させる方法として、例えば、超音波溶接及びプラズマ溶接等の方法を用い、前記多孔体と前記集電体とを部分的に一体化させ、導電性を確保したものであってもよい。また、一体化された前記多孔体と前記集電体とは、前記多孔体と前記集電体とを、導電性接着剤等の導電材を介在させて、導電性を持たせたものであってもよい。前記導電材としては、特に限定されず、例えば、銀、金及びニッケル等の金属微粒子を分散させたもの、炭素材系導電材、及び導電性高分子等を使用することができる。 In the negative electrode 11 including the porous body and the current collector, it is preferable that the porous body and the current collector are integrated, and the method for integrating the porous body and the current collector is not particularly limited. The integrated porous body and the current collector may be partially integrated using a method such as ultrasonic welding or plasma welding. It may also be one that ensures conductivity. Further, the integrated porous body and the current collector are made to have conductivity by interposing the porous body and the current collector with a conductive material such as a conductive adhesive. You can. The conductive material is not particularly limited, and for example, a material in which fine metal particles such as silver, gold, and nickel are dispersed, a carbon material-based conductive material, and a conductive polymer can be used.
(正極)
前記正極12は、前記一対の電極11、12で挟みこまれた前記電解質層13に電流を流すことができる導電部材であれば、特に限定されない。前記正極12としては、例えば、気体の透過を遮断する気体透過遮断部を備える電極であることが好ましい。また、前記正極12としては、例えば、外気と接触しないように構成されていることが好ましい。前記正極が、前記のように、気体の透過を遮断する気体透過遮断部を備える場合、及び外気と接触しないように構成されている場合は、二酸化炭素を含む気体から二酸化炭素を簡易に吸着しつつ、充電可能であり、その充電状態をより維持することができる。このことは、以下のことによると考えられる。
( positive electrode )
The positive electrode 12 is not particularly limited as long as it is a conductive member that allows current to flow through the electrolyte layer 13 sandwiched between the pair of electrodes 11 and 12. It is preferable that the positive electrode 12 is, for example, an electrode provided with a gas permeation blocking portion that blocks gas permeation. Further, it is preferable that the positive electrode 12 be configured so as not to come into contact with the outside air, for example. When the positive electrode is provided with a gas permeation blocking part that blocks gas permeation, as described above, and is configured so as not to come into contact with the outside air, carbon dioxide can be easily adsorbed from a gas containing carbon dioxide. At the same time, it can be charged, and the state of charge can be maintained better. This is thought to be due to the following.
前記二酸化炭素吸着電池10では、上述したように、前記セパレータ16によって、前記レドックス化合物の移動が抑制されるが、前記レドックス化合物が前記セパレータ16を透過することもありえる。例えば、前記二酸化炭素吸着電池10において、前記電解質層13の前記セパレータ16より前記負極11側から前記正極12側に、上述したような二酸化炭素が結合されたレドックス化合物が移動することもありえる。充電時又は充電状態を保持している状態のときに、このように、二酸化炭素が結合されたレドックス化合物が移動すると、前記正極12の近くで、前記レドックス化合物が酸化され、前記レドックス化合物から、二酸化炭素が脱離し、N-オキシアニオン基がN-オキシラジカル基に戻る。その際、二酸化炭素が前記正極12側から放出されると、このような二酸化炭素が結合されたレドックス化合物の移動が促進されうる。よって、前記正極12が、気体の透過を遮断する気体透過遮断部を備える場合、及び外気と接触しないように構成されている場合、このような移動の促進が起こることを防止でき、充電状態をより維持できると考えられる。 In the carbon dioxide adsorption battery 10, as described above, the separator 16 suppresses the movement of the redox compound, but the redox compound may permeate through the separator 16. For example, in the carbon dioxide adsorption battery 10, the above-described redox compound to which carbon dioxide is bound may migrate from the negative electrode 11 side to the positive electrode 12 side of the separator 16 of the electrolyte layer 13. When the redox compound to which carbon dioxide is bonded moves in this way during charging or while maintaining the charged state, the redox compound is oxidized near the positive electrode 12, and from the redox compound, Carbon dioxide is eliminated and the N-oxyanion group returns to an N-oxyradical group. At this time, when carbon dioxide is released from the positive electrode 12 side, the movement of the redox compound to which carbon dioxide is bound can be promoted. Therefore, if the positive electrode 12 is provided with a gas permeation blocking part that blocks gas permeation, and if it is configured so as not to come into contact with the outside air, such promotion of movement can be prevented, and the state of charge can be maintained. It is thought that it will be more sustainable.
前記正極12が、気体の透過を遮断する気体透過遮断部を備える電極である場合、図1及び図2に示すように、正極本体21、及び前記気体透過遮蔽部22を備える電極であってもよいし、前記気体透過遮蔽部が導電性を有し、この気体透過遮蔽部からなる電極であってもよい。 In the case where the positive electrode 12 is an electrode including a gas permeation blocking part that blocks gas permeation, as shown in FIGS. Alternatively, the gas permeation shielding portion may be electrically conductive, and an electrode may be formed of the gas permeation shielding portion.
前記正極12が、正極本体21及び気体透過遮蔽部22を備える電極である場合、前記気体透過遮蔽部22は、前記正極本体21の前記電解質層13側とは反対側に備えられる。また、前記気体透過遮蔽部22は、前記正極本体21の前記電解質層13側とは反対側に備えられていれば、前記正極本体21の前記電解質層13側にも備えられていてもよい。 When the positive electrode 12 is an electrode including a positive electrode main body 21 and a gas permeation shielding part 22, the gas permeation shielding part 22 is provided on the opposite side of the positive electrode main body 21 from the electrolyte layer 13 side. Further, the gas permeation shielding portion 22 may be provided on the electrolyte layer 13 side of the cathode main body 21 as long as it is provided on the opposite side of the cathode main body 21 from the electrolyte layer 13 side.
前記正極本体21は、前記一対の電極11、12で挟みこまれた前記電解質層13に電流を流すことができる導電部材であればよい。また、前記正極本体21としては、電子の移動を阻害しない程度の導電性を有し、電荷を蓄積できる導電部材であることが好ましい。また、前記正極本体21としては、前記気体透過遮蔽部22を備えることから、ガス接触面積を広くする点から、気体を透過可能であることが好ましい。これらのことから、前記正極本体21としては、前記負極11で用いられる電極として例示された導電部材と同様のものであってもよい。前記正極本体21としては、具体的には、炭素材料、金属繊維、金属箔、導電性高分子等の導電材料で構成される電極等が挙げられ、より具体的には、炭素繊維、活性炭、及び黒鉛等で構成される電極等が挙げられる。 The positive electrode main body 21 may be any conductive member as long as it can flow a current through the electrolyte layer 13 sandwiched between the pair of electrodes 11 and 12. Further, the positive electrode main body 21 is preferably a conductive member that has conductivity to a degree that does not inhibit the movement of electrons and can accumulate charges. Moreover, since the positive electrode main body 21 is provided with the gas permeation shielding part 22, it is preferable that gas can be permeated from the viewpoint of increasing the gas contact area. For these reasons, the positive electrode main body 21 may be the same as the conductive member exemplified as the electrode used in the negative electrode 11. Specific examples of the positive electrode body 21 include electrodes made of conductive materials such as carbon materials, metal fibers, metal foils, and conductive polymers; more specifically, carbon fibers, activated carbon, and electrodes made of graphite or the like.
前記気体透過遮蔽部22は、気体の透過を遮断することができれば、特に限定されない。前記気体透過遮蔽部22は、例えば、アルミニウム箔、銅箔、及びニッケル箔等の金属箔、及び、導電性高分子、黒鉛、及び銀等の導電材ペーストを塗工したプラスチック箔等が挙げられる。前記プラスチック箔としては、ポリエチレンテレフタラート(PET)、ポリプロピレン(PP)、及びポリエチレン(PE)等を含むプラスチック箔等が挙げられる。 The gas permeation shielding part 22 is not particularly limited as long as it can block gas permeation. Examples of the gas permeation shielding part 22 include metal foil such as aluminum foil, copper foil, and nickel foil, and plastic foil coated with conductive material paste such as conductive polymer, graphite, and silver. . Examples of the plastic foil include plastic foils containing polyethylene terephthalate (PET), polypropylene (PP), polyethylene (PE), and the like.
前記気体透過遮蔽部からなる電極は、前記正極本体と前記気体透過遮蔽部とを兼ねる構成の電極である。前記気体透過遮蔽部からなる電極としては、二酸化炭素等の気体を透過せず、かつ、前記一対の電極11、12で挟みこまれた前記電解質層13に電流を流すことができる導電部材からなる電極等が挙げられる。 The electrode made of the gas permeation shielding part is an electrode configured to serve as both the positive electrode body and the gas permeation shielding part. The electrode made of the gas permeation shielding part is made of a conductive member that does not allow gases such as carbon dioxide to pass through and is capable of passing a current through the electrolyte layer 13 sandwiched between the pair of electrodes 11 and 12. Examples include electrodes.
前記正極12が外気と接触しないように構成されている場合としては、その構成としては、前記正極12が外気と接触しなければ、特に限定されない。前記正極12が外気と接触しないように構成されている場合の一例としては、例えば、図3に示すように、前記流路15から供給された空気に接する前記負極11以外、筐体25に囲まれた二酸化炭素吸着電池20等が挙げられる。すなわち、前記二酸化炭素吸着電池20は、前記正極12が外気と接触しないように、前記筐体25で囲んでいること以外、前記二酸化炭素吸着電池10と同様である。このような二酸化炭素吸着電池20は、前記筐体25が気体を透過するものでなれば、前記正極12が外気と接触しない。前記筐体25としては、気体を透過しなければ、特に限定されず、電池の筐体として用いることができるものであればよい。なお、図3は、本発明の実施形態に係る二酸化炭素吸着電池の構成の他の一例(前記二酸化炭素吸着電池20)を示す概略断面図であり、前記二酸化炭素吸着電池20の充電時を示す。 In the case where the positive electrode 12 is configured not to come into contact with the outside air, the configuration is not particularly limited as long as the positive electrode 12 does not come into contact with the outside air. As an example of a case where the positive electrode 12 is configured so as not to come into contact with the outside air, for example, as shown in FIG. Examples include the carbon dioxide adsorption battery 20 and the like. That is, the carbon dioxide adsorption battery 20 is similar to the carbon dioxide adsorption battery 10 except that the positive electrode 12 is surrounded by the casing 25 so as not to come into contact with the outside air. In such a carbon dioxide adsorption battery 20, if the housing 25 is permeable to gas, the positive electrode 12 will not come into contact with the outside air. The casing 25 is not particularly limited as long as it does not allow gas to pass through, and may be any material that can be used as a battery casing. Note that FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing another example of the configuration of the carbon dioxide adsorption battery (the carbon dioxide adsorption battery 20) according to the embodiment of the present invention, and shows the carbon dioxide adsorption battery 20 during charging. .
前記正極12が外気と接触しないように構成されている場合の他の一例としては、例えば、図4及び図5に示すような、2つの負極11、31を備える二酸化炭素吸着電池30等が挙げられる。前記二酸化炭素吸着電池30は、前記負極11に加え、この負極11とは別の負極31をさらに備え、前記正極12と前記負極31との間にも、前記電解質層13及び前記セパレータ16を備えること以外、前記二酸化炭素吸着電池10と同様である。すなわち、前記二酸化炭素吸着電池30は、前記一対の電極11、12を構成する負極11に加え、この負極11とは別の負極31をさらに備え、前記一対の電極11、12を構成する正極12と前記負極31との間にも、前記電解質層13及び前記セパレータ16を備えること以外、前記二酸化炭素吸着電池10と同様である。前記二酸化炭素吸着電池30は、上記のこと以外は、前記二酸化炭素吸着電池10と同様であり、例えば、前記負極31としては、気体を透過可能な電極であれば、特に限定されず、例えば、前記負極11で使われる電極等が挙げられる。このような構成の二酸化炭素吸着電池30であれば、前記正極12が外気と接触しないように構成することができる。そして、図4に示すように、前記負極11と前記正極12との間だけではなく、前記正極12と前記負極31との間にも、前記電圧印加部14によって電圧を印加することによって、前記負極11と前記正極12との間だけではなく、前記正極12と前記負極31との間でも充電することができる。また、前記二酸化炭素吸着電池30は、図5に示すように、前記負極11と前記正極12との間で充電を行いながら、前記正極12と前記負極31との間で放電することもできる。また、前記二酸化炭素吸着電池30は、図示していないが、前記正極12と前記負極31との間で充電を行いながら、前記負極11と前記正極12との間で放電することもできる。なお、図4及び図5は、本発明の実施形態に係る二酸化炭素吸着電池の構成の他の一例(前記二酸化炭素吸着電池30)を示す概略断面図である。図4は、いずれの電極間も充電時である場合を示し、図5は、一方の電極間を充電時であり、他方の電極間を放電時である場合を示す。 Another example of a case where the positive electrode 12 is configured not to come into contact with the outside air is, for example, a carbon dioxide adsorption battery 30 including two negative electrodes 11 and 31 as shown in FIGS. 4 and 5. It will be done. In addition to the negative electrode 11, the carbon dioxide adsorption battery 30 further includes a negative electrode 31 different from the negative electrode 11, and also includes the electrolyte layer 13 and the separator 16 between the positive electrode 12 and the negative electrode 31. Other than this, it is the same as the carbon dioxide adsorption battery 10 described above. That is, in addition to the negative electrode 11 that constitutes the pair of electrodes 11 and 12, the carbon dioxide adsorption battery 30 further includes a negative electrode 31 that is different from this negative electrode 11, and a positive electrode 12 that constitutes the pair of electrodes 11 and 12. It is the same as the carbon dioxide adsorption battery 10 except that the electrolyte layer 13 and the separator 16 are also provided between the negative electrode 31 and the negative electrode 31 . The carbon dioxide adsorption battery 30 is the same as the carbon dioxide adsorption battery 10 except for the above. For example, the negative electrode 31 is not particularly limited as long as it is an electrode that can permeate gas. For example, Examples include the electrode used in the negative electrode 11. The carbon dioxide adsorption battery 30 having such a configuration can be configured so that the positive electrode 12 does not come into contact with the outside air. Then, as shown in FIG. 4, by applying a voltage not only between the negative electrode 11 and the positive electrode 12 but also between the positive electrode 12 and the negative electrode 31 using the voltage applying section 14, Charging can be performed not only between the negative electrode 11 and the positive electrode 12 but also between the positive electrode 12 and the negative electrode 31. Further, as shown in FIG. 5, the carbon dioxide adsorption battery 30 can also be charged between the negative electrode 11 and the positive electrode 12 and discharged between the positive electrode 12 and the negative electrode 31. Although not shown, the carbon dioxide adsorption battery 30 can also be charged between the positive electrode 12 and the negative electrode 31 and discharged between the negative electrode 11 and the positive electrode 12. 4 and 5 are schematic cross-sectional views showing another example of the configuration of the carbon dioxide adsorption battery (the carbon dioxide adsorption battery 30) according to the embodiment of the present invention. FIG. 4 shows a case where both electrodes are being charged, and FIG. 5 is a case where one electrode is being charged and the other electrode is being discharging.
前記負極11及び前記正極12は、上述したように、前記一対の電極11,12で挟みこまれた前記電解質層13に電流を流すことができる導電部材であり、その表面抵抗値は、小さいほど好ましく、例えば、1kΩ/sq以下であることが好ましく、200Ω/sq以下であることがより好ましい。また、前記各電極の表面抵抗値は、小さいほど好ましいが、実際には、1Ω/sqであることが限界である。よって、前記各電極の表面抵抗値は、1Ω/sq~1kΩ/sqであることが好ましく、10~200Ω/sqであることがより好ましい。このような表面抵抗値の電極であれば、前記電解質層13に電流を好適に流すことができ、前記二酸化炭素吸着電池10は、充電時に二酸化炭素を好適に吸着することができ、放電時に二酸化炭素を好適に放出することができる。なお、前記負極31の表面抵抗値は、前記負極11及び前記正極12の表面抵抗値と同様である。 As described above, the negative electrode 11 and the positive electrode 12 are electrically conductive members capable of passing a current through the electrolyte layer 13 sandwiched between the pair of electrodes 11 and 12, and the smaller the surface resistance value, the better. It is preferably, for example, 1 kΩ/sq or less, more preferably 200 Ω/sq or less. Furthermore, although it is preferable that the surface resistance value of each electrode be as small as possible, the actual limit is 1Ω/sq. Therefore, the surface resistance value of each electrode is preferably 1 Ω/sq to 1 kΩ/sq, more preferably 10 to 200 Ω/sq. With an electrode having such a surface resistance value, a current can be suitably passed through the electrolyte layer 13, and the carbon dioxide adsorption battery 10 can suitably adsorb carbon dioxide during charging, and release carbon dioxide during discharging. Carbon can be suitably released. Note that the surface resistance value of the negative electrode 31 is similar to the surface resistance values of the negative electrode 11 and the positive electrode 12.
前記負極11及び前記正極12の厚みは、特には限定されないが、電荷を好適に蓄積でき、電解液の漏液を好適に防ぐことができる厚みであることが好ましい。前記負極11及び前記正極12の厚みは、例えば、20μm以上10mm以下であることが好ましく、50μm以上5mmであることがより好ましい。前記負極11及び前記正極12が薄すぎると、電極の強度等が不充分になったり、電荷を蓄積しにくくなる傾向がある。また、前記負極11及び前記正極12が厚すぎると、前記二酸化炭素吸着電池10が大きくなりすぎる傾向がある。また、前記負極11が厚すぎると、気体の透過性(通気性)が低下し、二酸化炭素の透過が阻害される傾向もある。なお、前記負極31の厚みは、前記負極11の厚みと同様である。 Although the thicknesses of the negative electrode 11 and the positive electrode 12 are not particularly limited, they are preferably thick enough to suitably accumulate charge and suitably prevent electrolyte leakage. The thickness of the negative electrode 11 and the positive electrode 12 is, for example, preferably 20 μm or more and 10 mm or less, and more preferably 50 μm or more and 5 mm. If the negative electrode 11 and the positive electrode 12 are too thin, the electrodes tend to have insufficient strength or are difficult to accumulate charge. Moreover, if the negative electrode 11 and the positive electrode 12 are too thick, the carbon dioxide adsorption battery 10 tends to become too large. Furthermore, if the negative electrode 11 is too thick, gas permeability (air permeability) tends to decrease and carbon dioxide permeation tends to be inhibited. Note that the thickness of the negative electrode 31 is the same as the thickness of the negative electrode 11.
(電解質層)
前記電解質層13は、二酸化炭素を溶解可能な電解液と、N-オキシラジカル基を分子内に有するレドックス化合物とを含んでいれば、特に限定されない。また、前記電解質層13は、上述したように、二酸化炭素の吸着及び放出による二酸化炭素の分離に寄与する二酸化炭素分離体である。
(electrolyte layer)
The electrolyte layer 13 is not particularly limited as long as it contains an electrolytic solution capable of dissolving carbon dioxide and a redox compound having an N-oxy radical group in its molecule. Further, as described above, the electrolyte layer 13 is a carbon dioxide separator that contributes to the separation of carbon dioxide by adsorbing and releasing carbon dioxide.
前記電解質層13の厚みは、特に限定されないが、例えば、0.1μm~2mmであることが好ましく、1μm~1mmであることがより好ましい。また、前記電解質層13の前記負極11側の厚み及び前記正極側の厚みも、特には限定されないが、例えば、それぞれ、0.1μm~2mmであることが好ましく、1μm~1mmであることがより好ましい。前記電解質層13が薄すぎると、二酸化炭素の固定量及び蓄電量が単に低下するだけではなく、前記電解質層13に微小な穴、すなわち、ピンホールができてしまう傾向がある。ピンホールができてしまうと、二酸化炭素の好適な吸着ができなくなったり、二酸化炭素の吸着に寄与しない電流が流れる等の問題を併発してしまうことがある。また、前記電解質層13が厚すぎると、前記電解質層13に吸着した二酸化炭素の、前記電解質層13内での拡散が遅くなり、二酸化炭素の固定量と蓄電量とに乖離が生じることから、充電の際、二酸化炭素が充分に吸着されたことを把握しにくくなる傾向がある。このことは、以下のことによると考えられる。前記二酸化炭素吸着電池10において、二酸化炭素の吸着に対する、前記電解質層13における二酸化炭素の拡散や二酸化炭素が結合されたレドックス化合物の拡散の寄与が、充電に対する前記拡散の寄与より大きい。また、前記電解質層13が厚いと、薄い場合より、前記拡散の影響が大きくなる。これらのことから、二酸化炭素の吸着に係る速度における前記電解質層13が厚いときと薄いときとの差が、充電に係る速度における前記電解質層13のそれより大きい。このため、前記電解質層13が薄いときは、蓄電量から二酸化炭素が充分に吸着されたことを把握しやすいのに対して、前記電解質層13が厚いときは、上述したように、二酸化炭素の固定量と蓄電量とに乖離が生じることから、蓄電量から、二酸化炭素が充分に吸着されたことを把握しにくい。よって、前記電解質層13が厚いほど、充電の際、二酸化炭素が充分に吸着されたことを把握しにくくなると考えられる。また、同様の理由により、前記電解質層13が厚すぎると、放電の際、二酸化炭素が充分に放出されたことを把握しにくくなる傾向がある。 The thickness of the electrolyte layer 13 is not particularly limited, but is preferably, for example, 0.1 μm to 2 mm, more preferably 1 μm to 1 mm. Further, the thickness of the electrolyte layer 13 on the negative electrode 11 side and the positive electrode side are not particularly limited, but are preferably 0.1 μm to 2 mm, and more preferably 1 μm to 1 mm, respectively. preferable. If the electrolyte layer 13 is too thin, not only will the amount of carbon dioxide fixed and the amount of electricity stored decrease, but also there is a tendency for minute holes, ie, pinholes, to be formed in the electrolyte layer 13. If pinholes are formed, problems may arise, such as not being able to properly adsorb carbon dioxide or causing current to flow that does not contribute to adsorption of carbon dioxide. Furthermore, if the electrolyte layer 13 is too thick, the diffusion of carbon dioxide adsorbed in the electrolyte layer 13 within the electrolyte layer 13 becomes slow, and a discrepancy occurs between the amount of carbon dioxide fixed and the amount of electricity stored. When charging, it tends to be difficult to know whether carbon dioxide has been sufficiently adsorbed. This is thought to be due to the following. In the carbon dioxide adsorption battery 10, the contribution of the diffusion of carbon dioxide in the electrolyte layer 13 and the diffusion of the redox compound to which carbon dioxide is bound to the adsorption of carbon dioxide is greater than the contribution of the diffusion to charging. Furthermore, when the electrolyte layer 13 is thick, the influence of the diffusion becomes greater than when it is thin. For these reasons, the difference between when the electrolyte layer 13 is thick and when the electrolyte layer 13 is thin in the rate of carbon dioxide adsorption is larger than that of the electrolyte layer 13 in the rate of charge. Therefore, when the electrolyte layer 13 is thin, it is easy to understand from the amount of stored electricity that carbon dioxide has been sufficiently adsorbed, whereas when the electrolyte layer 13 is thick, as mentioned above, it is easy to understand that carbon dioxide has been sufficiently adsorbed. Since there is a discrepancy between the fixed amount and the amount of stored electricity, it is difficult to determine from the amount of stored electricity that carbon dioxide has been sufficiently adsorbed. Therefore, it is considered that the thicker the electrolyte layer 13 is, the more difficult it becomes to know that carbon dioxide has been sufficiently adsorbed during charging. Furthermore, for the same reason, if the electrolyte layer 13 is too thick, it tends to be difficult to know that carbon dioxide has been sufficiently released during discharge.
前記電解液は、二酸化炭素を溶解可能な電解液であれば、特に限定されず、電解質と溶媒とを含む電解液であってもよいし、イオン液体を含む電解液であってもよい。なお、二酸化炭素を溶解可能な電解液とは、二酸化炭素が溶解されないもの以外であればよく、すなわち、二酸化炭素がわずかにでも溶解する電解液であればよく、高い溶解度が求められるものではない。このことは、以下のことによると考えられる。本実施形態に係る二酸化炭素吸着電池は、上述したように、前記レドックス化合物への二酸化炭素の結合及び脱離によって、充電時には、前記負極11側の前記電解質層13に二酸化炭素が取り込まれ、放電時に、前記負極11側の前記電解質層13から二酸化炭素が放出されるというメカニズムで、二酸化炭素の吸着及び放出が進行すると考えられる。このため、前記電解質層13に含まれる電解液にわずかにでも二酸化炭素が溶解すれば、二酸化炭素の吸着及び放出が進行すると考えられる。 The electrolytic solution is not particularly limited as long as it can dissolve carbon dioxide, and may be an electrolytic solution containing an electrolyte and a solvent, or an electrolytic solution containing an ionic liquid. Note that an electrolytic solution that can dissolve carbon dioxide may be anything other than one in which carbon dioxide is not dissolved; in other words, an electrolytic solution that can dissolve even a small amount of carbon dioxide is sufficient, and high solubility is not required. . This is thought to be due to the following. As described above, in the carbon dioxide adsorption battery according to the present embodiment, carbon dioxide is taken into the electrolyte layer 13 on the negative electrode 11 side during charging due to the binding and desorption of carbon dioxide to the redox compound, and when discharging It is thought that adsorption and release of carbon dioxide progresses through a mechanism in which carbon dioxide is sometimes released from the electrolyte layer 13 on the negative electrode 11 side. Therefore, if even a small amount of carbon dioxide is dissolved in the electrolytic solution contained in the electrolyte layer 13, it is thought that adsorption and release of carbon dioxide will proceed.
前記電解液は、上述したように、二酸化炭素を溶解可能な電解液であれば、特に限定されないが、不揮発性であることが好ましい。前記電解液は、上述したように、電解質と溶媒とを含む電解液であってもよいし、イオン液体を含む電解液であってもよいが、不揮発性であって、かつ、電解液として用いることができるものが好ましい。前記電解液は、具体的には、イオン液体であることが好ましい。 As described above, the electrolytic solution is not particularly limited as long as it can dissolve carbon dioxide, but it is preferably nonvolatile. As described above, the electrolytic solution may be an electrolytic solution containing an electrolyte and a solvent, or an electrolytic solution containing an ionic liquid, but it must be nonvolatile and used as an electrolytic solution. Preferably one that can. Specifically, the electrolytic solution is preferably an ionic liquid.
前記溶媒は、電気化学的に安定な、電位窓の広い化合物であることが好ましく、水性溶媒であっても、有機溶媒であってもよい。前記溶媒としては、例えば、水、カーボネート化合物、エステル化合物、エーテル化合物、複素環化合物、ニトリル化合物、及び非プロトン性極性化合物等が挙げられる。前記カーボネート化合物としては、例えば、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、エチレンカーボネート、及びプロピレンカーボネート等が挙げられる。前記エステル化合物としては、例えば、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、及びγ-ブチロラクトン等が挙げられる。前記エーテル化合物としては、ジエチルエーテル、1,2-ジメトキシエタン、1,3-ジオキソシラン、テトラヒドロフラン、及び2-メチル-テトラヒドロフラン等が挙げられる。前記複素環化合物としては、例えば、3-メチル-2-オキサゾジリノン、及び2-メチルピロリドン等が挙げられる。前記ニトリル化合物としては、例えば、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリル、3-メトキシプロピオニトリル、及び吉草酸ニトリル等が挙げられる。前記非プロトン性極性化合物としては、例えば、スルフォラン、ジメチルスルフォキシド、及びジメチルホルムアミド等が挙げられる。前記溶媒としては、前記例示した各溶媒を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。また、前記溶媒としては、上記例示した各溶媒の中でも、エチレンカーボネート及びプロピレンカーボネート等のカーボネ-ト化合物、γ-ブチロラクトン等のエステル化合物、3-メチル-2-オキサゾジリノン及び2-メチルピロリドン等の複素環化合物、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリル、3-メトキシプロピオニトリル及び吉草酸ニトリル等のニトリル化合物が好ましい。また、前記溶媒として、2種以上を組み合わせて用いる場合、二酸化炭素の溶解の観点から、水を用いることが好ましい。 The solvent is preferably an electrochemically stable compound with a wide potential window, and may be an aqueous solvent or an organic solvent. Examples of the solvent include water, carbonate compounds, ester compounds, ether compounds, heterocyclic compounds, nitrile compounds, and aprotic polar compounds. Examples of the carbonate compound include dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, ethylene carbonate, and propylene carbonate. Examples of the ester compound include methyl acetate, methyl propionate, and γ-butyrolactone. Examples of the ether compound include diethyl ether, 1,2-dimethoxyethane, 1,3-dioxosilane, tetrahydrofuran, and 2-methyl-tetrahydrofuran. Examples of the heterocyclic compound include 3-methyl-2-oxazodilinone and 2-methylpyrrolidone. Examples of the nitrile compound include acetonitrile, methoxyacetonitrile, propionitrile, 3-methoxypropionitrile, and valerate nitrile. Examples of the aprotic polar compound include sulfolane, dimethyl sulfoxide, and dimethylformamide. As the solvent, each of the exemplified solvents may be used alone or in combination of two or more. Among the above-mentioned solvents, examples of the solvent include carbonate compounds such as ethylene carbonate and propylene carbonate, ester compounds such as γ-butyrolactone, and complex compounds such as 3-methyl-2-oxazodilinone and 2-methylpyrrolidone. Ring compounds, nitrile compounds such as acetonitrile, methoxyacetonitrile, propionitrile, 3-methoxypropionitrile and valerate nitrile are preferred. Moreover, when using a combination of two or more types as the solvent, it is preferable to use water from the viewpoint of dissolving carbon dioxide.
前記電解質としては、特に限定されず、例えば、四級アンモニウム塩、無機塩、及び水酸化物等が挙げられる。前記四級アンモニウム塩としては、例えば、テトラメチルアンモニウムテトラフルオロボレート、テトラ-n-エチルアンモニウムテトラフルオロボレート、テトラ-n-プロピルアンモニウムテトラフルオロボレート、テトラ-n-ブチルアンモニウムテトラフルオロボレート、n-ヘキサデシルトリメチルアンモニウムテトラフルオロボレート、テトラ-n-ヘキサデシルアンモニウムテトラフルオロボレート、テトラ-n-オクチルアンモニウムテトラフルオロボレート、テトラ-n-エチルアンモニウムパークロレート、テトラ-n-ブチルアンモニウムパークロレート、及びテトラオクタデシルアンモニウムパークロレート等が挙げられる。前記無機塩としては、例えば、リチウムパークロレート、ナトリウムパークロレート、カリウムパークロレート、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、硝酸ナトリウム、及び硝酸カリウム等が挙げられる。前記水酸化物としては、例えば、水酸化ナトリウム、及び水酸化カリウム等が挙げられる。前記電解質としては、上記例示した電解質の中でも、テトラメチルアンモニウムテトラフルオロボレート、テトラ-n-エチルアンモニウムテトラフルオロボレート、テトラ-n-プロピルアンモニウムテトラフルオロボレート、テトラ-n-ブチルアンモニウムテトラフルオロボレート、n-ヘキサデシルトリメチルアンモニウムテトラフルオロボレート、テトラ-n-ヘキサデシルアンモニウムテトラフルオロボレート、テトラ-n-オクチルアンモニウムテトラフルオロボレート、テトラ-n-エチルアンモニウムパークロレート、テトラ-n-ブチルアンモニウムパークロレート、テトラオクタデシルアンモニウムパークロレート、リチウムパークロレート、ナトリウムパークロレート、酢酸ナトリウム、及び酢酸カリウムが好ましい。また、前記電解質としては、この中でも、テトラ-n-エチルアンモニウムテトラフルオロボレート、テトラ-n-プロピルアンモニウムテトラフルオロボレート、テトラ-n-ブチルアンモニウムテトラフルオロボレート、リチウムパークロレート、及びナトリウムパークロレートがより好ましく、テトラ-n-ブチルアンモニウムテトラフルオロボレート、及びリチウムパークロレートがさらに好ましい。また、前記電解質は、その支持塩として、炭酸イオンや炭酸水素イオンを安定化させ、pH緩衝能を有していてもよい。この場合の電解質としては、具体的には、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム、酢酸、及び酢酸ナトリウム等が挙げられる。前記電解質は、上記例示した電解質を単独で用いてもよい、2種以上を組合せて用いてもよい。 The electrolyte is not particularly limited, and examples thereof include quaternary ammonium salts, inorganic salts, and hydroxides. Examples of the quaternary ammonium salts include tetramethylammonium tetrafluoroborate, tetra-n-ethylammonium tetrafluoroborate, tetra-n-propylammonium tetrafluoroborate, tetra-n-butylammonium tetrafluoroborate, and n-hexafluoroborate. Decyltrimethylammonium tetrafluoroborate, tetra-n-hexadecyl ammonium tetrafluoroborate, tetra-n-octylammonium tetrafluoroborate, tetra-n-ethylammonium perchlorate, tetra-n-butylammonium perchlorate, and tetraoctadecyl ammonium Examples include perchlorate. Examples of the inorganic salt include lithium perchlorate, sodium perchlorate, potassium perchlorate, sodium acetate, potassium acetate, sodium nitrate, and potassium nitrate. Examples of the hydroxide include sodium hydroxide and potassium hydroxide. Among the electrolytes exemplified above, examples of the electrolyte include tetramethylammonium tetrafluoroborate, tetra-n-ethylammonium tetrafluoroborate, tetra-n-propylammonium tetrafluoroborate, tetra-n-butylammonium tetrafluoroborate, and n-butylammonium tetrafluoroborate. - Hexadecyltrimethylammonium tetrafluoroborate, tetra-n-hexadecyl ammonium tetrafluoroborate, tetra-n-octylammonium tetrafluoroborate, tetra-n-ethylammonium perchlorate, tetra-n-butylammonium perchlorate, tetraoctadecyl Ammonium perchlorate, lithium perchlorate, sodium perchlorate, sodium acetate, and potassium acetate are preferred. Among these, the electrolytes include tetra-n-ethylammonium tetrafluoroborate, tetra-n-propylammonium tetrafluoroborate, tetra-n-butylammonium tetrafluoroborate, lithium perchlorate, and sodium perchlorate. Preferably, tetra-n-butylammonium tetrafluoroborate and lithium perchlorate are more preferable. Further, the electrolyte may serve as a supporting salt to stabilize carbonate ions and hydrogen carbonate ions, and may have a pH buffering ability. Specific examples of the electrolyte in this case include sodium hydrogen carbonate, sodium carbonate, acetic acid, and sodium acetate. The electrolytes listed above may be used alone or in combination of two or more.
前記電解液は、上述したように、イオン液体(イオン性液体)を含む電解液であってもよい。前記電解液として、イオン液体を用いると、上記のように電解質と溶媒とを含ませなくても、イオン液体が、この両者の機能を併せ持ちうる。また、前記電解液としては、イオン液体を含んでいればよく、イオン液体に電解質を含む液体であってもよいし、イオン液体に溶媒を含む液体であってもよいし、イオン液体に電解質及び溶媒を含む液体であってもよいし、イオン液体からなるものであってもよい。また、前記電解液として、イオン液体を用いることは、イオン液体が揮発しにくく、難燃性が高い点ことから好ましい。 As described above, the electrolytic solution may be an electrolytic solution containing an ionic liquid (ionic liquid). When an ionic liquid is used as the electrolytic solution, the ionic liquid can have both the functions of an electrolyte and a solvent without containing the electrolyte and the solvent as described above. Further, the electrolyte only needs to contain an ionic liquid, and may be a liquid containing an electrolyte in the ionic liquid, a liquid containing a solvent in the ionic liquid, or a liquid containing an electrolyte and the ionic liquid. It may be a liquid containing a solvent or an ionic liquid. Further, it is preferable to use an ionic liquid as the electrolyte because the ionic liquid is difficult to volatilize and has high flame retardancy.
前記イオン液体としては、公知のイオン液体であれば特に限定されないが、例えば、イミダゾリウム系イオン液体、ピリジン系イオン液体、脂環式アミン系イオン液体、及びアゾニウムアミン系イオン液体等が挙げられる。前記イオン液体としては、例えば、1-メチル-3-オクチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウム クロライド、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート、1-デシル-3-メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート、1、3-ジメトキシイミダゾリウムテトラフルオロボレート、1、3-ジエトキシイミダゾリウムテトラフルオロボレート、1-メチル-3-オクチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート、1-デシル-3-メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート、1、3-ジメトキシイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート、及び1、3-ジエトキシイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート等が挙げられる。また、前記イオン液体としては、前記例示のイオン液体の中でも、1-メチル-3-オクチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフロロメチルスルホニルイミド)、1、3-ジメトキシイミダゾリウムテトラフルオロボレート、1-メチル-3-オクチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート、及び1-エチル-3-メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェートが好ましい。また、前記イオン液体としては、1-メチル-3-オクチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート、1、3-ジメトキシイミダゾリウムテトラフルオロボレート、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフロロメチルスルホニルイミド)、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムクロライド、及び1-メチル-3-オクチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェートがより好ましく、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフロロメチルスルホニルイミド)、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムクロライド、及び1-メチル-3-オクチルイミダゾリウムテトラフルオロボレートがさらに好ましい。 The ionic liquid is not particularly limited as long as it is a known ionic liquid, and examples thereof include imidazolium-based ionic liquids, pyridine-based ionic liquids, alicyclic amine-based ionic liquids, and azonium amine-based ionic liquids. . Examples of the ionic liquid include 1-methyl-3-octylimidazolium tetrafluoroborate, 1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, 1-butyl-3-methylimidazolium chloride, 1-butyl-3 -Methylimidazolium tetrafluoroborate, 1-decyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, 1,3-dimethoxyimidazolium tetrafluoroborate, 1,3-diethoxyimidazolium tetrafluoroborate, 1-methyl-3- Octylimidazolium hexafluorophosphate, 1-ethyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate, 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate, 1-decyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate, 1,3- Examples include dimethoxyimidazolium hexafluorophosphate and 1,3-diethoxyimidazolium hexafluorophosphate. Among the ionic liquids exemplified above, examples of the ionic liquid include 1-methyl-3-octylimidazolium tetrafluoroborate, 1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, and 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate. ium tetrafluoroborate, 1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonylimide), 1,3-dimethoxyimidazolium tetrafluoroborate, 1-methyl-3-octylimidazolium hexafluorophosphate, and 1- Ethyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate is preferred. Further, as the ionic liquid, 1-methyl-3-octylimidazolium tetrafluoroborate, 1,3-dimethoxyimidazolium tetrafluoroborate, 1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonylimide), 1-Butyl-3-methylimidazolium chloride and 1-methyl-3-octylimidazolium hexafluorophosphate are more preferred, and 1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonylimide), 1-butyl- More preferred are 3-methylimidazolium chloride and 1-methyl-3-octylimidazolium tetrafluoroborate.
前記電解質層13は、前記電解液がゲル化していてもよい。具体的には、前記電解液にゲル化させるためのゲル化剤を添加してもよいし、ゲル化電解質又は高分子電解質を用いてもよい。前記ゲル化剤としては、例えば、ポリマー、ポリマー架橋反応等の手法を利用するゲル化剤、重合性多官能モノマー、及びオイルゲル化剤等が挙げられる。前記ゲル化電解質及び前記高分子電解質としては、ゲル化電解質や高分子電解質として用いることができるものであれば特に限定されず、例えば、ポリフッ化ビニリデン等のフッ化ビニリデン系重合体、ポリアクリル酸等のアクリル酸系重合体、ポリアクリロニトリル等のアクリロニトリル系重合体、ポリエチレンオキシド等のポリエーテル系重合体、及び構造中にアミド構造を有する化合物等が挙げられる。 In the electrolyte layer 13, the electrolytic solution may be gelled. Specifically, a gelling agent may be added to the electrolytic solution for gelation, or a gelling electrolyte or a polymer electrolyte may be used. Examples of the gelling agent include polymers, gelling agents using techniques such as polymer crosslinking reactions, polymerizable polyfunctional monomers, and oil gelling agents. The gelling electrolyte and the polymer electrolyte are not particularly limited as long as they can be used as a gelling electrolyte or a polymer electrolyte, such as vinylidene fluoride polymers such as polyvinylidene fluoride, polyacrylic acid, etc. Examples thereof include acrylic acid polymers such as, acrylonitrile polymers such as polyacrylonitrile, polyether polymers such as polyethylene oxide, and compounds having an amide structure in their structure.
前記レドックス化合物は、N-オキシラジカル基を分子内に有するレドックス化合物であれば、特に限定されない。前記レドックス化合物としては、不揮発性であり、かつ、電解還元及び電解酸化により、二酸化炭素を吸着及び脱離するレドックス化合物であることが好ましい。すなわち、前記レドックス化合物は、前記式(2)及び前記式(3)に示すように、電解還元されることにより二酸化炭素が吸着され、前記式(5)及び前記式(6)に示すように、電解酸化されることにより吸着された二酸化炭素が脱離される。このレドックス化合物は、前記電圧印加部14によって、前記一対の電極11、12間に電圧を印加すること等によって、N-オキシラジカル基が還元され、N-オキシアニオン基になり、二酸化炭素が結合される。また、前記二酸化炭素吸着電池10が放電されると、二酸化炭素が脱離してN-オキシアニオン基になり、このN-オキシアニオン基が酸化されて、N-オキシラジカルに戻る。前記レドックス化合物は、このように、酸化還元によって、N-オキシラジカル基が変化する化合物である。 The redox compound is not particularly limited as long as it has an N-oxy radical group in its molecule. The redox compound is preferably a redox compound that is nonvolatile and adsorbs and desorbs carbon dioxide through electrolytic reduction and electrolytic oxidation. That is, as shown in the above formula (2) and the above formula (3), the redox compound adsorbs carbon dioxide by being electrolytically reduced, and as shown in the above formula (5) and the above formula (6), , the adsorbed carbon dioxide is desorbed by electrolytic oxidation. In this redox compound, when a voltage is applied between the pair of electrodes 11 and 12 by the voltage application section 14, the N-oxy radical group is reduced to become an N-oxyanion group, and carbon dioxide is bonded to the redox compound. be done. Further, when the carbon dioxide adsorption battery 10 is discharged, carbon dioxide is desorbed and becomes an N-oxyanion group, and this N-oxyanion group is oxidized and returns to an N-oxy radical. The redox compound is thus a compound whose N-oxy radical group is changed by redox.
前記レドックス化合物としては、具体的には、下記式(1)で表される化合物、又は、下記式(1)で表される化合物から水素原子が1つ脱離された基を有する化合物等が挙げられる。下記式(1)で表される化合物から水素原子が1つ脱離された基を有する化合物とは、このような基を有する化合物であればよく、他の低分子化合物と結合された化合物であってもよいし、高分子化合物であってもよい。 Specifically, the redox compound is a compound represented by the following formula (1), or a compound having a group from which one hydrogen atom has been removed from the compound represented by the following formula (1). Can be mentioned. The compound having a group from which one hydrogen atom has been removed from the compound represented by the following formula (1) may be any compound having such a group, and may be a compound bonded to another low-molecular compound. It may also be a polymer compound.
式(1)中、Zは、-CR5R6CR7R8-、-CR9R10CR11R12CR13R14-、-(CR15R16)O-、-(CR17R18)NR27-、-(CR19R20)O(CR21R22)-、又は、-(CR23R24)NR28(CR25R26)-を示し、R1~R28は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を示す。 In formula (1), Z is -CR 5 R 6 CR 7 R 8 -, -CR 9 R 10 CR 11 R 12 CR 13 R 14 -, -(CR 15 R 16 )O-, -(CR 17 R 18 ) NR 27 -, -(CR 19 R 20 )O(CR 21 R 22 )-, or -(CR 23 R 24 )NR 28 (CR 25 R 26 )-, and R 1 to R 28 are Each independently represents a hydrogen atom or a substituent.
前記R1~R4は、少なくとも1つが置換基であることが好ましく、2つ以上が置換基であることがより好ましく、4つ全てが置換基であることがさらに好ましい。すなわち、前記式(1)で表される化合物は、前記N-オキシラジカル基に4級炭素が2つ結合された化合物であることが好ましい。また、前記レドックス化合物は、前記N-オキシラジカル基に4級炭素が2つ結合された化合物、又は、この化合物から水素原子が1つ脱離された基を有する化合物であることが好ましい。このような化合物は、前記N-オキシラジカル基による酸化還元が起こりやすく、前記レドックス化合物による二酸化炭素の吸着及び放出をより好適に行うことができると考えられる。このため、このような化合物を電解質層に含ませることによって、充電時に二酸化炭素を含む気体から二酸化炭素をより好適に吸着することができ、放電時に二酸化炭素をより好適に放出することができる二酸化炭素吸着電池が得られる。 Preferably, at least one of R 1 to R 4 is a substituent, more preferably two or more are substituents, and even more preferably all four are substituents. That is, the compound represented by the formula (1) is preferably a compound in which two quaternary carbons are bonded to the N-oxy radical group. Further, the redox compound is preferably a compound in which two quaternary carbon atoms are bonded to the N-oxy radical group, or a compound having a group in which one hydrogen atom is removed from this compound. In such a compound, redox by the N-oxy radical group is likely to occur, and it is considered that the redox compound can adsorb and release carbon dioxide more favorably. Therefore, by including such a compound in the electrolyte layer, carbon dioxide can be better adsorbed from a gas containing carbon dioxide during charging, and carbon dioxide can be released better during discharging. A carbon adsorption battery is obtained.
前記式(1)で表される化合物におけるZとしては、-CR5R6CR7R8-、-CR9R10CR11R12CR13R14-、-(CR19R20)O(CR21R22)-、及び-(CR23R24)NR28(CR25R26)-であることが好ましい。 Z in the compound represented by formula (1) is -CR 5 R 6 CR 7 R 8 -, -CR 9 R 10 CR 11 R 12 CR 13 R 14 -, -(CR 19 R 20 )O( CR 21 R 22 )- and -(CR 23 R 24 )NR 28 (CR 25 R 26 )- are preferred.
前記R1~R28における置換基としては、例えば、炭素数1~30のヒドロカルビル基、炭素数1~10のヒドロカルビルオキシ基、ヒドロキシ基(水酸基)、置換されていてもよいアミノ基(未置換若しくは置換のアミノ基)、カルボキシル基、チオール基、及び置換されていてもよいシリル基(未置換若しくは置換のシリル基)等が挙げられる。また、前記R1~R26における置換基としては、この中でも、炭素数1~30のヒドロカルビル基、ヒドロキシ基、及び未置換若しくは置換のアミノ基が好ましい。また、前記R27、R28における置換基としては、炭素数1~30のヒドロカルビル基が好ましい。 Examples of the substituents in R 1 to R 28 include a hydrocarbyl group having 1 to 30 carbon atoms, a hydrocarbyloxy group having 1 to 10 carbon atoms, a hydroxy group (hydroxyl group), an optionally substituted amino group (unsubstituted or a substituted amino group), a carboxyl group, a thiol group, and an optionally substituted silyl group (unsubstituted or substituted silyl group). Furthermore, as the substituent for R 1 to R 26 , among these, a hydrocarbyl group having 1 to 30 carbon atoms, a hydroxy group, and an unsubstituted or substituted amino group are preferable. Furthermore, the substituent for R 27 and R 28 is preferably a hydrocarbyl group having 1 to 30 carbon atoms.
なお、ここで置換されていてもよいとは、その直後に記載された化合物又は基を構成する水素原子が無置換の場合及び水素原子の一部又は全部が置換基によって置換されている場合の双方を含む。 Note that "may be substituted" here refers to cases where the hydrogen atoms constituting the compound or group described immediately after are unsubstituted and cases where some or all of the hydrogen atoms are substituted with a substituent. Including both.
前記ヒドロカルビル基としては、特に限定されず、直鎖状であっても、分岐鎖状であっても、環状であってもよい。前記ヒドロカルビル基としては、例えば、メチル基、エチル基、1-プロピル基、2-プロピル基、1-ブチル基、2-ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、ドデシル基、2-エチルヘキシル基、3,7-ジメチルオクチル基、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、1-アダマンチル基、2-アダマンチル基、ノルボルニル基、アンモニウムエチル基、ベンジル基、α,α―ジメチルベンジル基、1-フェネチル基、2-フェネチル基、ビニル基、プロペニル基、ブテニル基、オレイル基、エイコサペンタエニル基、ドコサヘキサエニル基、2,2-ジフェニルビニル基、1,2,2-トリフェニルビニル基、2-フェニル-2-プロペニル基、フェニル基、2-トリル基、4-トリル基、4-トリフルオロメチルフェニル基、4-メトキシフェニル基、4-シアノフェニル基、2-ビフェニリル基、3-ビフェニリル基、4-ビフェニリル基、ターフェニリル基、3,5-ジフェニルフェニル基、3,4-ジフェニルフェニル基、ペンタフェニルフェニル基、4-(2,2-ジフェニルビニル)フェニル基、4-(1,2,2-トリフェニルビニル)フェニル基、フルオレニル基、1-ナフチル基、2-ナフチル基、9-アントリル基、2-アントリル基、9-フェナントリル基、1-ピレニル基、クリセニル基、ナフタセニル基、及びコロニル基等が挙げられる。前記ヒドロカルビル基としては、この中でも、メチル基、エチル基、1-プロピル基、2-プロピル基、1-ブチル基、2-ブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、ドデシル基、2-エチルヘキシル基、3,7-ジメチルオクチル基、ベンジル基、α,α―ジメチルベンジル基、1-フェネチル基、2-フェネチル基、ビニル基、プロペニル基、ブテニル基、オレイル基、エイコサペンタエニル基、ドコサヘキサエニル基、2,2-ジフェニルビニル基、1,2,2-トリフェニルビニル基、2-フェニル-2-プロペニル基、フェニル基、2-トリル基、4-トリル基、4-トリフルオロメチルフェニル基、4-メトキシフェニル基、4-シアノフェニル基、2-ビフェニリル基、3-ビフェニリル基、4-ビフェニリル基、ターフェニリル基、3,5-ジフェニルフェニル基、3,4-ジフェニルフェニル基、ペンタフェニルフェニル基、4-(2,2-ジフェニルビニル)フェニル基、4-(1,2,2-トリフェニルビニル)フェニル基、フルオレニル基、1-ナフチル基、2-ナフチル基、9-アントリル基、2-アントリル基、及び9-フェナントリル基が好ましい。さらに、前記ヒドロカルビル基としては、この中でも、メチル基、エチル基、1-プロピル基、2-プロピル基、1-ブチル基、2-ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、2-エチルヘキシル基、3,7-ジメチルオクチル基、ベンジル基、フェニル基であることがより好ましく、メチル基、エチル基、1-プロピル基、2-プロピル基、1-ブチル基、2-ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、及びヘキシル基がさらに好ましい。 The hydrocarbyl group is not particularly limited, and may be linear, branched, or cyclic. Examples of the hydrocarbyl group include methyl group, ethyl group, 1-propyl group, 2-propyl group, 1-butyl group, 2-butyl group, isobutyl group, tert-butyl group, pentyl group, hexyl group, and octyl group. , decyl group, dodecyl group, 2-ethylhexyl group, 3,7-dimethyloctyl group, cyclopropyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, 1-adamantyl group, 2-adamantyl group, norbornyl group, ammoniumethyl group, benzyl group, α,α-dimethylbenzyl group, 1-phenethyl group, 2-phenethyl group, vinyl group, propenyl group, butenyl group, oleyl group, eicosapentaenyl group, docosahexaenyl group, 2,2-diphenylvinyl group, 1 , 2,2-triphenylvinyl group, 2-phenyl-2-propenyl group, phenyl group, 2-tolyl group, 4-tolyl group, 4-trifluoromethylphenyl group, 4-methoxyphenyl group, 4-cyanophenyl group group, 2-biphenylyl group, 3-biphenylyl group, 4-biphenylyl group, terphenylyl group, 3,5-diphenylphenyl group, 3,4-diphenylphenyl group, pentaphenylphenyl group, 4-(2,2-diphenylphenyl group) ) Phenyl group, 4-(1,2,2-triphenylvinyl)phenyl group, fluorenyl group, 1-naphthyl group, 2-naphthyl group, 9-anthryl group, 2-anthryl group, 9-phenanthryl group, 1- Examples include pyrenyl group, chrysenyl group, naphthacenyl group, and coronyl group. Examples of the hydrocarbyl group include methyl group, ethyl group, 1-propyl group, 2-propyl group, 1-butyl group, 2-butyl group, tert-butyl group, pentyl group, hexyl group, octyl group, and decyl group. group, dodecyl group, 2-ethylhexyl group, 3,7-dimethyloctyl group, benzyl group, α,α-dimethylbenzyl group, 1-phenethyl group, 2-phenethyl group, vinyl group, propenyl group, butenyl group, oleyl group , eicosapentaenyl group, docosahexaenyl group, 2,2-diphenylvinyl group, 1,2,2-triphenylvinyl group, 2-phenyl-2-propenyl group, phenyl group, 2-tolyl group, 4- Tolyl group, 4-trifluoromethylphenyl group, 4-methoxyphenyl group, 4-cyanophenyl group, 2-biphenylyl group, 3-biphenylyl group, 4-biphenylyl group, terphenylyl group, 3,5-diphenylphenyl group, 3 , 4-diphenylphenyl group, pentaphenylphenyl group, 4-(2,2-diphenylvinyl)phenyl group, 4-(1,2,2-triphenylvinyl)phenyl group, fluorenyl group, 1-naphthyl group, 2 -naphthyl group, 9-anthryl group, 2-anthryl group, and 9-phenanthryl group are preferred. Furthermore, examples of the hydrocarbyl group include a methyl group, an ethyl group, a 1-propyl group, a 2-propyl group, a 1-butyl group, a 2-butyl group, an isobutyl group, a tert-butyl group, a pentyl group, and a hexyl group. , octyl group, 2-ethylhexyl group, 3,7-dimethyloctyl group, benzyl group, phenyl group are more preferable, methyl group, ethyl group, 1-propyl group, 2-propyl group, 1-butyl group, More preferred are 2-butyl, isobutyl, tert-butyl, pentyl, and hexyl.
前記ヒドロカルビルオキシ基としては、特に限定されず、直鎖状であってもよいし、分岐鎖状であってもよいし、環状であってもよい。前記ヒドロカルビルオキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、1-プロピルオキシ基、2-プロピルオキシ基、1-ブトキシ基、2-ブトキシ基、イソブトキシ基、tert-ブトキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、オクチルオキシ基、デシルオキシ基、ドデシルオキシ基、2-エチルヘキシルオキシ基、3,7-ジメチルオクチルオキシ基、シクロプロパノキシ基、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基、1-アダマンチルオキシ基、2-アダマンチルオキシ基、ノルボルニルオキシ基、アンモニウムエチトキシ基、トリフルオロメトキシ基、ベンジロキシ基、α,α-ジメチルベンジロキシ基、2-フェネチルオキシ基、1-フェネチルオキシ基、フェノキシ基、アルコキシフェノキシ基、アルキルフェノキシ基、1-ナフチルオキシ基、2-ナフチルオキシ基、及びペンタフルオロフェニルオキシ基等が挙げられる。前記ヒドロカルビルオキシ基としては、この中でも、メトキシ基、エトキシ基、1-プロピルオキシ基、2-プロピルオキシ基、1-ブトキシ基、2-ブトキシ基、tert-ブトキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、オクチルオキシ基、デシルオキシ基、ドデシルオキシ基、2-エチルヘキシルオキシ基、及び3,7-ジメチルオクチルオキシ基が好ましい。さらに、前記ヒドロカルビルオキシ基としては、この中でも、メトキシ基、エトキシ基、1-プロピルオキシ基、2-プロピルオキシ基、1-ブトキシ基、2-ブトキシ基、イソブトキシ基、tert-ブトキシ基、ペンチルオキシ基、及びヘキシルオキシ基がより好ましい。 The hydrocarbyloxy group is not particularly limited, and may be linear, branched, or cyclic. Examples of the hydrocarbyloxy group include methoxy group, ethoxy group, 1-propyloxy group, 2-propyloxy group, 1-butoxy group, 2-butoxy group, isobutoxy group, tert-butoxy group, pentyloxy group, and hexyl group. Oxy group, octyloxy group, decyloxy group, dodecyloxy group, 2-ethylhexyloxy group, 3,7-dimethyloctyloxy group, cyclopropanoxy group, cyclopentyloxy group, cyclohexyloxy group, 1-adamantyloxy group, 2 -adamantyloxy group, norbornyloxy group, ammonium ethoxy group, trifluoromethoxy group, benzyloxy group, α,α-dimethylbenzyloxy group, 2-phenethyloxy group, 1-phenethyloxy group, phenoxy group, alkoxyphenoxy group, alkylphenoxy group, 1-naphthyloxy group, 2-naphthyloxy group, and pentafluorophenyloxy group. Among these, the hydrocarbyloxy group includes a methoxy group, an ethoxy group, a 1-propyloxy group, a 2-propyloxy group, a 1-butoxy group, a 2-butoxy group, a tert-butoxy group, a pentyloxy group, and a hexyloxy group. , octyloxy group, decyloxy group, dodecyloxy group, 2-ethylhexyloxy group, and 3,7-dimethyloctyloxy group are preferred. Further, as the hydrocarbyloxy group, among these, methoxy group, ethoxy group, 1-propyloxy group, 2-propyloxy group, 1-butoxy group, 2-butoxy group, isobutoxy group, tert-butoxy group, pentyloxy group, etc. and hexyloxy group are more preferred.
前記アミノ基は、特に限定されず、直鎖状であってもよいし、分岐鎖状であってもよいし、環状であってもよい。前記アミノ基としては、例えば、メチルアミノ基、エチルアミノ基、1-プロピルアミノ基、2-プロピルアミノ基、1-ブチルアミノ基、2-ブチルアミノ基、イソブチルアミノ基、tert-ブチルアミノ基、ペンチルアミノ基、ヘキシルアミノ基、オクチルアミノ基、デシルアミノ基、ドデシルアミノ基、2-エチルヘキシルアミノ基、3,7-ジメチルオクチルアミノ基、シクロプロピルアミノ基、シクロペンチルアミノ基、シクロヘキシルアミノ基、1-アダマンチルアミノ基、2-アダマンチルアミノ基、ノルボルニルアミノ基、アンモニウムエチルアミノ基、トリフルオロメチルアミノ基、ベンジルアミノ基、α,α-ジメチルベンジルアミノ基、2-フェネチルアミノ基、1-フェネチルアミノ基、フェニルアミノ基、アルコキシフェニルアミノ基、アルキルフェニルアミノ基、1-ナフチルアミノ基、2―ナフチルアミノ基、及びペンタフルオロフェニルアミノ基等が挙げられる。前記アミノ基としては、この中でも、メチルアミノ基、エチルアミノ基、1-プロピルアミノ基、2-プロピルアミノ基、1-ブチルアミノ基、2-ブチルアミノ基、tert-ブチルアミノ基、ペンチルアミノ基、ヘキシルアミノ基、オクチルアミノ基、デシルアミノ基、ドデシルアミノ基、2-エチルヘキシルアミノ基、及び3,7-ジメチルオクチルアミノ基が好ましい。さらに、前記アミノ基としては、この中でも、メチルアミノ基、エチルアミノ基、1-プロピルアミノ基、2-プロピルアミノ基、1-ブチルアミノ基、2-ブチルアミノ基、イソブチルアミノ基、tert-ブチルアミノ基、ペンチルアミノ基、及びヘキシルアミノ基がより好ましい。 The amino group is not particularly limited and may be linear, branched, or cyclic. Examples of the amino group include methylamino group, ethylamino group, 1-propylamino group, 2-propylamino group, 1-butylamino group, 2-butylamino group, isobutylamino group, tert-butylamino group, Pentylamino group, hexylamino group, octylamino group, decylamino group, dodecylamino group, 2-ethylhexylamino group, 3,7-dimethyloctylamino group, cyclopropylamino group, cyclopentylamino group, cyclohexylamino group, 1-adamantyl Amino group, 2-adamantylamino group, norbornylamino group, ammonium ethylamino group, trifluoromethylamino group, benzylamino group, α,α-dimethylbenzylamino group, 2-phenethylamino group, 1-phenethylamino group , phenylamino group, alkoxyphenylamino group, alkylphenylamino group, 1-naphthylamino group, 2-naphthylamino group, and pentafluorophenylamino group. Among these, the amino group includes a methylamino group, an ethylamino group, a 1-propylamino group, a 2-propylamino group, a 1-butylamino group, a 2-butylamino group, a tert-butylamino group, and a pentylamino group. , hexylamino group, octylamino group, decylamino group, dodecylamino group, 2-ethylhexylamino group, and 3,7-dimethyloctylamino group are preferred. Further, as the amino group, among these, methylamino group, ethylamino group, 1-propylamino group, 2-propylamino group, 1-butylamino group, 2-butylamino group, isobutylamino group, tert-butyl More preferred are an amino group, a pentylamino group, and a hexylamino group.
前記シリル基としては、特に限定されない。前記シリル基としては、例えば、ジメチルシリル基、ジエチルシリル基、ジフェニルシリル基、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、t-ブチルジメチルシリル基、t-ブチルジフェニルシリル基、及びトリストリメチルシリル基等が挙げられる。 The silyl group is not particularly limited. Examples of the silyl group include dimethylsilyl group, diethylsilyl group, diphenylsilyl group, trimethylsilyl group, triethylsilyl group, t-butyldimethylsilyl group, t-butyldiphenylsilyl group, and tristrimethylsilyl group.
前記式(1)で表される化合物は、上述したように、前記N-オキシラジカル基に4級炭素が2つ結合された化合物であることが好ましい。このように、前記N-オキシラジカル基に隣接する部位に、立体障害の大きい基が結合されていることによって、ラジカルの安定性が高まり、ラジカルカップリングが抑制できると考えられる。このため、このような化合物を電解質層に含ませることによって、充電時に二酸化炭素を含む気体から二酸化炭素をより好適に吸着することができ、放電時に二酸化炭素を放出することができる二酸化炭素吸着電池が得られると考えられる。 As described above, the compound represented by formula (1) is preferably a compound in which two quaternary carbons are bonded to the N-oxy radical group. In this way, it is thought that by bonding a highly sterically hindered group to the site adjacent to the N-oxy radical group, the stability of the radical increases and radical coupling can be suppressed. Therefore, by including such compounds in the electrolyte layer, carbon dioxide adsorption batteries can better adsorb carbon dioxide from gases containing carbon dioxide during charging, and release carbon dioxide during discharging. is considered to be obtained.
前記式(1)で表される化合物としては、例えば、1,4-ジ(1-オキシ-2,2,6,6-テトラメチル-1-ピペリジン-4-イロキシ)キシレン、4-アセトアミド-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン1-オキシル、N,N-ジ-tert-ブチルニトロキシドラジカル、N,N-ジフェニルニトロキシドラジカル、N,N-ジナフチルニトロキシドラジカル、N,N-ジ-2-メチルフェニルニトロキシドラジカル、N,N-ジ-3-メチルフェニルニトロキシドラジカル、N,N-ジ-4-メチルフェニルニトロキシドラジカル、N,N-ジ-2-エチルフェニルニトロキシドラジカル、N,N-ジ-2-プロピルフェニルニトロキシドラジカル、N,N-ジ-2-ブチルフェニルニトロキシドラジカル、N,N-ジ-2-ペンチルフェニルニトロキシドラジカル、N,N-ジ-2-ヘキシルフェニルニトロキシドラジカル、N,N-ジ-2-イソプロピルフェニルニトロキシドラジカル、N,N-ジ-2-イソブチルフェニルニトロキシドラジカル、N,N-ジ-2-sec-ブチルフェニルニトロキシドラジカル、N,N-ジ-2-tert-ブチルフェニルニトロキシドラジカル、N,N-ジ-4-tert-ブチルフェニルニトロキシドラジカル、N,N-ジ-(3,5-ジ-tert-ブチル)フェニルニトロキシドラジカル、N,N-ジ-4-ピリジルニトロキシドラジカル、N,N-ジ-4-ピリダジルニトロキシドラジカル、ポリ(エチレングリコール)-ビス-2,2,6,6-テトラメチルピペリジニルオキシラジカル、N-フェニル-N-オキシ-tert-ブチルアミン、N-ナフチル-N-オキシ-tert-ブチルアミン、N-tert-ブチル-N-オキシ-2-キノリン、2,2,6,6-テトラメチルピペリジニルオキシラジカル(TEMPO)、4-ヒドロキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジニルオキシラジカル、4-アミノ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジニルオキシラジカル、4-カルボキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジニルオキシラジカル、4-メトキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジニルオキシラジカル、4-オキソ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジニルオキシラジカル、4-アセトアミド-2,2,6,6-テトラメチルピペリジニルオキシラジカル、4-オクチルオキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジニルオキシラジカル、2,2,5,5-テトラメチルピロリジン-オキシラジカル、3-カルバモイル-2,2,5,5-テトラメチルピロリジン-オキシラジカル、3-カルボキシ-2,2,5,5-テトラメチルピロリジン-オキシラジカル、2,2,6,6-テトラメチルモルホリン-N-オキシラジカル、及び2,2,6,6-テトラメチルモルホリンピペラジン-N-オキシラジカル等が挙げられる。 Examples of the compound represented by the formula (1) include 1,4-di(1-oxy-2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidin-4-yloxy)xylene, 4-acetamido- 2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl, N,N-di-tert-butylnitroxide radical, N,N-diphenylnitroxide radical, N,N-dinaphthylnitroxide radical, N,N-di- 2-methylphenylnitroxide radical, N,N-di-3-methylphenylnitroxide radical, N,N-di-4-methylphenylnitroxide radical, N,N-di-2-ethylphenylnitroxide radical, N,N- Di-2-propylphenyl nitroxide radical, N,N-di-2-butylphenyl nitroxide radical, N,N-di-2-pentylphenyl nitroxide radical, N,N-di-2-hexylphenyl nitroxide radical, N, N-di-2-isopropylphenyl nitroxide radical, N,N-di-2-isobutylphenyl nitroxide radical, N,N-di-2-sec-butylphenyl nitroxide radical, N,N-di-2-tert-butyl Phenyl nitroxide radical, N,N-di-4-tert-butylphenyl nitroxide radical, N,N-di-(3,5-di-tert-butyl)phenyl nitroxide radical, N,N-di-4-pyridyl nitroxide Radical, N,N-di-4-pyridazylnitroxide radical, poly(ethylene glycol)-bis-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxy radical, N-phenyl-N-oxy-tert- Butylamine, N-naphthyl-N-oxy-tert-butylamine, N-tert-butyl-N-oxy-2-quinoline, 2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxy radical (TEMPO), 4-hydroxy -2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxy radical, 4-amino-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxy radical, 4-carboxy-2,2,6,6-tetra Methylpiperidinyloxy radical, 4-methoxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxy radical, 4-oxo-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxy radical, 4-acetamide -2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxy radical, 4-octyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxy radical, 2,2,5,5-tetramethylpyrrolidine- Oxy radical, 3-carbamoyl-2,2,5,5-tetramethylpyrrolidine-oxyradical, 3-carboxy-2,2,5,5-tetramethylpyrrolidine-oxyradical, 2,2,6,6-tetra Examples include methylmorpholine-N-oxy radical and 2,2,6,6-tetramethylmorpholine-piperazine-N-oxy radical.
さらに、前記レドックス化合物としては、上述したように、高分子化合物であってもよく、例えば、前記式(1)で表される化合物を重合して得られる化合物等が挙げられる。前記高分子化合物としては、例えば、4-アクリロイルオキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジニルオキシラジカル、4-メタクリロイルオキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジニルオキシラジカル、3-アクリロイルオキシ-2,2,6,6-テトラメチルピロリジニルオキシラジカル、3-メタクリロイルオキシ-2,2,6,6-テトラメチルピロリジニルオキシラジカル、4-ビニロイルオキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジルニルオキシラジカル、及び4-ビニロイルオキシ-2,2,5,5-テトラメチルピロリジニルオキシラジカル等をモノマーとして重合して得られた化合物等が挙げられる。また、前記高分子化合物としては、前記モノマーを単独で重合して得られる化合物であってもよいし、2種以上の前記モノマーを組み合わせて重合して得られる化合物であってもよい。また、前記高分子化合物としては、前記式(1)で表される化合物を重合させて得られる化合物であってもよいし、エチレン、プロピレン、ブタジエン、イソプレン、スチレン、及び酢酸ビニル等の共重合モノマーと共重合させた共重合体であってもよい。また、この共重合体モノマーも、単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 Furthermore, as described above, the redox compound may be a polymer compound, such as a compound obtained by polymerizing the compound represented by the formula (1). Examples of the polymer compound include 4-acryloyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxy radical, 4-methacryloyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxy radical , 3-acryloyloxy-2,2,6,6-tetramethylpyrrolidinyloxy radical, 3-methacryloyloxy-2,2,6,6-tetramethylpyrrolidinyloxy radical, 4-vinyloyloxy-2,2 , 6,6-tetramethylpiperidylnyloxy radical, and 4-vinyloyloxy-2,2,5,5-tetramethylpyrrolidinyloxy radical, etc., as monomers. Further, the polymer compound may be a compound obtained by polymerizing the monomer alone, or a compound obtained by polymerizing a combination of two or more of the monomers. Further, the polymer compound may be a compound obtained by polymerizing the compound represented by the formula (1), or a copolymer of ethylene, propylene, butadiene, isoprene, styrene, vinyl acetate, etc. It may also be a copolymer copolymerized with a monomer. Further, these copolymer monomers may be used alone or in combination of two or more types.
前記レドックス化合物は、上記例示の化合物の中でも、1,4-ジ(1-オキシ-2,2,6,6-テトラメチル-1-ピペリジン-4-イロキシ)キシレン、4-アセトアミド-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン1-オキシル、及びポリ(4-メタクリロイルオキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジニルオキシラジカル)が好ましい。前記レドックス化合物は、単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 Among the above-exemplified compounds, the redox compounds include 1,4-di(1-oxy-2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidin-4-yloxy)xylene, 4-acetamido-2,2 , 6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl, and poly(4-methacryloyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxy radical) are preferred. The redox compounds may be used alone or in combination of two or more.
前記式(1)で表される化合物は、所定の合成方法で合成して得られた化合物であってもよいし、市販品であってもよい。前記合成方法としては、前記式(1)で表される化合物が得られる合成方法であれば、特に限定されないが、例えば、二置換アミン化合物のアミノ基を酸化させるニトロキシド化させる方法等が挙げられる。 The compound represented by the formula (1) may be a compound synthesized by a predetermined synthesis method, or may be a commercially available product. The synthesis method is not particularly limited as long as the compound represented by the formula (1) can be obtained, but examples thereof include a method of nitroxidation by oxidizing the amino group of a disubstituted amine compound. .
なお、不揮発性とは、常温常圧下で、その物質が蒸発しない、又は、すぐに蒸発しないことを意味する。例えば、本明細書において、2,2,6,6-テトラメチルピペリジン1-オキシル(TEMPO)は、不揮発性ではなく、揮発性である。このことから、不揮発性の目安としては、例えば、常圧における沸点が、TEMPOの沸点である193℃より高いことが挙げられ、200℃以上であることが好ましく、220℃以上であることがより好ましい。また、不揮発性の目安としては、例えば、20℃における蒸気圧が、TEMPOの蒸気圧(20℃)である0.4hPaより低い(すなわち、0.4hPa未満である)ことが挙げられ、0.2hPaより低い(すなわち、0.2hPa未満である)ことが好ましい。 Note that non-volatile means that the substance does not evaporate or does not evaporate immediately at normal temperature and pressure. For example, as used herein, 2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl (TEMPO) is volatile rather than non-volatile. Therefore, as a guideline for non-volatility, for example, the boiling point at normal pressure is higher than 193°C, which is the boiling point of TEMPO, preferably 200°C or higher, and more preferably 220°C or higher. preferable. In addition, as a guideline for non-volatility, for example, the vapor pressure at 20°C is lower than 0.4 hPa, which is the vapor pressure (20°C) of TEMPO (that is, less than 0.4 hPa), and 0. Preferably it is less than 2 hPa (ie less than 0.2 hPa).
前記電解質層13には、前記電解液及び前記レドックス化合物以外の成分を含有していてもよい。前記電解質層13に含有される他の成分としては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、及びポリビニルアルコールアセタール等が挙げられる。 The electrolyte layer 13 may contain components other than the electrolytic solution and the redox compound. Examples of other components contained in the electrolyte layer 13 include polyethylene glycol, polyacrylate, polymethacrylate, and polyvinyl alcohol acetal.
前記電解質層13は、基材を含んでいてもよい。前記電解質層13としては、例えば、前記レドックス化合物を含む前記電解液を前記基材に含浸させたもの等が挙げられる。また、前記基材としては、例えば、ガラス繊維ろ紙等が挙げられる。 The electrolyte layer 13 may include a base material. Examples of the electrolyte layer 13 include those in which the base material is impregnated with the electrolytic solution containing the redox compound. Furthermore, examples of the base material include glass fiber filter paper.
前記電解質層13の製造方法としては、前記電解質層13が製造できれば、特に限定されない。前記電解質層13が、前記基材を含む場合、例えば、前記電解液に前記レドックス化合物を分散又は溶解させ、このレドックス化合物を含む電解液を前記基材に含浸させる方法等が挙げられる。前記含浸は、前記電解液や前記基材に超音波振動を印加しながら、行うことが好ましい。そうすることによって、電解質層13に、微小な穴、すなわち、ピンホールが形成されることを抑制することができる。 The method for manufacturing the electrolyte layer 13 is not particularly limited as long as the electrolyte layer 13 can be manufactured. When the electrolyte layer 13 includes the base material, examples include a method in which the redox compound is dispersed or dissolved in the electrolytic solution and the base material is impregnated with the electrolytic solution containing the redox compound. The impregnation is preferably performed while applying ultrasonic vibration to the electrolytic solution and the base material. By doing so, formation of minute holes, ie, pinholes, in the electrolyte layer 13 can be suppressed.
(セパレータ)
前記セパレータ16は、前記レドックス化合物の透過を抑制し、前記電解液を透過可能なセパレータであれば、特に限定されない。すなわち、前記セパレータ16は、前記レドックス化合物を前記電解液より透過しにくい。また、前記セパレータ16としては、前記電解液を透過可能であるものの、前記レドックス化合物を透過させないものが好ましい。前記セパレータ16は、電解液を透過可能であるが、前記レドックス化合物の透過を抑制するように、前記負極11側の前記電解質層13と前記正極12側の前記電解質層13とを隔てるように設けられる。このように、前記負極11と前記正極12とは、前記セパレータ16によって分離される。前記セパレータ16としては、例えば、リチウム二次電池で一般的に使用されるセパレータ等が挙げられ、特に、電解質のイオン移動に対して低抵抗でありながら、電解液含湿能に優れるセパレータが好ましい。前記セパレータの材質としては、例えば、ガラスファイバ、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、及びポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等が挙げられる。前記セパレータの材質としては、単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。また、前記セパレータは、前記セパレータの材質で構成され、その形態としては、不織布であってもよいし、織布であってもよい。前記セパレータの気孔径は、特に限定されず、例えば、0.01~10μmであることが好ましい。また、前記セパレータの厚みは、特に限定されず、例えば、5~300μmであることが好ましい。
(Separator)
The separator 16 is not particularly limited as long as it is a separator that can suppress the permeation of the redox compound and allow the electrolyte to permeate. That is, the separator 16 is less permeable to the redox compound than the electrolyte. The separator 16 is preferably one that allows the electrolyte to pass through but does not allow the redox compound to pass through. The separator 16 is provided to separate the electrolyte layer 13 on the negative electrode 11 side and the electrolyte layer 13 on the positive electrode 12 side so as to allow the electrolyte to pass therethrough, but to suppress the permeation of the redox compound. It will be done. In this way, the negative electrode 11 and the positive electrode 12 are separated by the separator 16. Examples of the separator 16 include separators commonly used in lithium secondary batteries, and particularly preferred are separators that have low resistance to ion movement of the electrolyte and have excellent electrolyte moisture retention ability. . Examples of the material of the separator include glass fiber, polyester, polyethylene, polypropylene, and polytetrafluoroethylene (PTFE). The separator material may be used alone or in combination of two or more. Further, the separator is made of the same material as the separator, and may be in the form of a non-woven fabric or a woven fabric. The pore diameter of the separator is not particularly limited, and is preferably, for example, 0.01 to 10 μm. Furthermore, the thickness of the separator is not particularly limited, and is preferably, for example, 5 to 300 μm.
前記二酸化炭素吸着電池10は、上述したように、充電時には、前記負極11の電位が前記正極12の電位より低くなるように、前記負極11及び前記正極12からなる一対の電極11、12間に電圧を印加する。このために、前記二酸化炭素吸着電池10は、前記電圧印加部14を設けてもよい。前記二酸化炭素吸着電池10は、上述したように、放電時には、前記負極11及び前記正極12からなる一対の電極11、12間に抵抗17等を設けて、放電する。前記抵抗17は、前記二酸化炭素吸着電池10を放電させることができれば、特に限定されることはない。 As described above, in the carbon dioxide adsorption battery 10, during charging, there is a gap between the pair of electrodes 11 and 12 consisting of the negative electrode 11 and the positive electrode 12 so that the potential of the negative electrode 11 is lower than the potential of the positive electrode 12. Apply voltage. For this purpose, the carbon dioxide adsorption battery 10 may be provided with the voltage application section 14. As described above, the carbon dioxide adsorption battery 10 discharges by providing a resistor 17 between the pair of electrodes 11 and 12 consisting of the negative electrode 11 and the positive electrode 12. The resistor 17 is not particularly limited as long as it can discharge the carbon dioxide adsorption battery 10.
前記電圧印加部14は、前記一対の電極11,12間に電圧を印加することができれば、特に限定されない。すなわち、前記電圧印加部14は、上述したように、前記負極11の電位が前記正極12の電位より低くなるように、前記一対の電極11,12間に電圧を印加する。そうすることによって、充電時には、前記電圧印加部14で電圧を印加するだけで、前記負極11側で、二酸化炭素を取り込みつつ、充電することができる。また、前記電圧印加部14は、前記一対の電極11,12間に印加する電圧を反転させることのできない印加部であってもよく、例えば、二次電池、外部電源、及びキャパシタ等が挙げられる。 The voltage applying section 14 is not particularly limited as long as it can apply a voltage between the pair of electrodes 11 and 12. That is, as described above, the voltage applying section 14 applies a voltage between the pair of electrodes 11 and 12 so that the potential of the negative electrode 11 is lower than the potential of the positive electrode 12. By doing so, during charging, by simply applying a voltage from the voltage applying section 14, charging can be performed while taking in carbon dioxide on the negative electrode 11 side. Further, the voltage application unit 14 may be an application unit that cannot reverse the voltage applied between the pair of electrodes 11 and 12, and includes, for example, a secondary battery, an external power source, a capacitor, etc. .
前記二酸化炭素吸着電池10は、前記構造のものを製造することができれば、その製造方法は、特に限定されない。前記二酸化炭素吸着電池10の製造方法としては、具体的には、前記負極11、前記正極12、前記電解質層13、及び前記セパレータ16を用いて、さらに、必要に応じて、前記流路15、前記電圧印加部14、及び前記抵抗17等を用いて、図1及び図2に示す構造等になるように、一般的な組み立て方法で組み立てる方法等が挙げられる。 The manufacturing method of the carbon dioxide adsorption battery 10 is not particularly limited as long as it can be manufactured with the above structure. Specifically, the method for manufacturing the carbon dioxide adsorption battery 10 uses the negative electrode 11, the positive electrode 12, the electrolyte layer 13, and the separator 16, and further, if necessary, the flow path 15, Examples include a method of assembling the structure shown in FIGS. 1 and 2 using the voltage applying section 14, the resistor 17, etc. using a general assembly method.
前記二酸化炭素吸着電池10は、前記負極11及び前記正極12に電圧を印加することで充電される。また、前記二酸化炭素吸着電池10は、充電時に、上述したように、前記電解質層13に含まれるレドックス化合物に二酸化炭素が結合されることにより、二酸化炭素を吸着する。前記二酸化炭素吸着電池10は、充電後、放電する際に、前記電解質層13に含まれるレドックス化合物から二酸化炭素が脱離されることにより、二酸化炭素を放出する。このことから、前記二酸化炭素吸着電池10は、充電時に二酸化炭素を吸着し、放電時に二酸化炭素を放出するように用いることが好ましい。また、放電時に前記二酸化炭素吸着電池10から放出される気体は、充電時に前記二酸化炭素吸着電池10に吸着されていた気体が主となるため、二酸化炭素濃度の非常に高い気体である。このことから、前記二酸化炭素吸着電池10は、二酸化炭素を濃縮できる。すなわち、前記二酸化炭素吸着電池10は、二酸化炭素を濃縮する装置としても使用することができる。また、前記二酸化炭素吸着電池10は、充電時に二酸化炭素を含む気体から二酸化炭素を吸着し、放電時に二酸化炭素を放出するので、二酸化炭素濃度の非常に高い気体が放出されることになる。このことから、前記二酸化炭素吸着電池10は、二酸化炭素を含む気体から二酸化炭素を分離する装置としても使用することができる。 The carbon dioxide adsorption battery 10 is charged by applying a voltage to the negative electrode 11 and the positive electrode 12. Further, during charging, the carbon dioxide adsorption battery 10 adsorbs carbon dioxide by bonding carbon dioxide to the redox compound contained in the electrolyte layer 13, as described above. The carbon dioxide adsorption battery 10 releases carbon dioxide by desorbing carbon dioxide from the redox compound contained in the electrolyte layer 13 when discharging after charging. For this reason, it is preferable that the carbon dioxide adsorption battery 10 be used so as to adsorb carbon dioxide during charging and release carbon dioxide during discharge. Further, the gas released from the carbon dioxide adsorption battery 10 during discharging is mainly the gas that was adsorbed by the carbon dioxide adsorption battery 10 during charging, and therefore has a very high carbon dioxide concentration. From this, the carbon dioxide adsorption battery 10 can concentrate carbon dioxide. That is, the carbon dioxide adsorption battery 10 can also be used as a device for concentrating carbon dioxide. Furthermore, since the carbon dioxide adsorption battery 10 adsorbs carbon dioxide from a gas containing carbon dioxide during charging and releases carbon dioxide during discharge, gas with a very high carbon dioxide concentration is released. For this reason, the carbon dioxide adsorption battery 10 can also be used as a device for separating carbon dioxide from a gas containing carbon dioxide.
[充放電装置]
本発明の他の実施形態に係る充放電装置は、前記二酸化炭素吸着電池を2つ以上備える充放電装置である。前記充放電装置としては、前記二酸化炭素吸着電池を2つ以上備えていれば、特に限定されず、例えば、図6に示すような充放電装置40等が挙げられる。
[Charging/discharging device]
A charging/discharging device according to another embodiment of the present invention is a charging/discharging device including two or more of the carbon dioxide adsorption batteries. The charging/discharging device is not particularly limited as long as it includes two or more of the carbon dioxide adsorption batteries, and examples thereof include a charging/discharging device 40 as shown in FIG. 6.
前記充放電装置40は、2つの前記二酸化炭素吸着電池(第1の二酸化炭素吸着電池10aと第2の二酸化炭素吸着電池10bと)を備える。前記第1の二酸化炭素吸着電池10aでは、その正極側10a2と負極側10a1とを前記電圧印加部14を介して接続することによって、充電することができる。すなわち、前記充放電装置40は、前記第1の二酸化炭素吸着電池10aの正極側10a2と前記電圧印加部14とを配線61で接続し、前記電圧印加部14と前記第1の二酸化炭素吸着電池10aの負極側10a1とを配線62で接続することによって、前記第1の二酸化炭素吸着電池10aを充電することができる。前記第1の二酸化炭素吸着電池10aを充電した後に、前記第1の二酸化炭素吸着電池10aの負極側10a1と前記第2の二酸化炭素吸着電池10bの負極側10b1とを配線66で接続し、前記第2の二酸化炭素吸着電池10bの正極側10b2と前記第1の二酸化炭素吸着電池10aの正極側10a2とを配線65で接続することによって、前記第1の二酸化炭素吸着電池10aを放電させるとともに、前記第2の二酸化炭素吸着電池10bを充電させることができる。前記第2の二酸化炭素吸着電池10bを充電した後(前記第1の二酸化炭素吸着電池10aを放電した後)に、前記第2の二酸化炭素吸着電池10bの負極側10b1と前記第1の二酸化炭素吸着電池10aの負極側10a1とを配線64で接続し、前記第1の二酸化炭素吸着電池10aの正極側10a2と前記第2の二酸化炭素吸着電池10bの正極側10b2とを配線63で接続することによって、前記第2の二酸化炭素吸着電池10bを放電させるとともに、前記第1の二酸化炭素吸着電池10aを充電させることができる。このように、前記第1の二酸化炭素吸着電池10aを一旦充電することによって、前記第2の二酸化炭素吸着電池10b及び前記第1の二酸化炭素吸着電池10aに対して、交互に充電及び放電を繰り返すことができる充放電装置として作用させることができる。よって、前記充放電装置は、2つ以上の前記二酸化炭素吸着電池を備えることによって、それぞれの前記二酸化炭素吸着電池に対して、交互に充電及び放電を繰り返すことができる。このことから、この充放電装置は、エネルギー効率の高い充放電装置となる。また、前記充放電装置は、二酸化炭素を分離することができる。なお、前記第1の二酸化炭素吸着電池10a及び前記第2の二酸化炭素吸着電池10bにおいて、充電する際には、流路15aで、二酸化炭素を含む気体(窒素及び二酸化炭素を含む空気等)を供給し、流路15bで、窒素(窒素及び吸着されなかった二酸化炭素)を排出する。また、前記第1の二酸化炭素吸着電池10a及び前記第2の二酸化炭素吸着電池10bにおいて、放電する際には、流路15cで、二酸化炭素を排出する。なお、図6は、本発明の実施形態に係る充放電装置40の一例の構成を示す概略図である。 The charging/discharging device 40 includes the two carbon dioxide adsorption batteries (a first carbon dioxide adsorption battery 10a and a second carbon dioxide adsorption battery 10b). The first carbon dioxide adsorption battery 10a can be charged by connecting its positive electrode side 10a2 and negative electrode side 10a1 via the voltage application section 14. That is, the charging/discharging device 40 connects the positive electrode side 10a2 of the first carbon dioxide adsorption battery 10a and the voltage application section 14 with a wiring 61, and connects the voltage application section 14 and the first carbon dioxide adsorption battery. By connecting the negative electrode side 10a1 of the battery 10a with the wiring 62, the first carbon dioxide adsorption battery 10a can be charged. After charging the first carbon dioxide adsorption battery 10a, the negative electrode side 10a1 of the first carbon dioxide adsorption battery 10a and the negative electrode side 10b1 of the second carbon dioxide adsorption battery 10b are connected with a wiring 66, and the By connecting the positive electrode side 10b2 of the second carbon dioxide adsorption battery 10b and the positive electrode side 10a2 of the first carbon dioxide adsorption battery 10a with a wiring 65, the first carbon dioxide adsorption battery 10a is discharged, The second carbon dioxide adsorption battery 10b can be charged. After charging the second carbon dioxide adsorption battery 10b (after discharging the first carbon dioxide adsorption battery 10a), the negative electrode side 10b1 of the second carbon dioxide adsorption battery 10b and the first carbon dioxide A wiring 64 connects the negative electrode side 10a1 of the adsorption battery 10a, and a wiring 63 connects the positive electrode side 10a2 of the first carbon dioxide adsorption battery 10a and the positive electrode side 10b2 of the second carbon dioxide adsorption battery 10b. Accordingly, the second carbon dioxide adsorption battery 10b can be discharged, and the first carbon dioxide adsorption battery 10a can be charged. In this way, by once charging the first carbon dioxide adsorption battery 10a, the second carbon dioxide adsorption battery 10b and the first carbon dioxide adsorption battery 10a are alternately charged and discharged. It can act as a charging/discharging device. Therefore, by including two or more of the carbon dioxide adsorption batteries, the charging/discharging device can alternately charge and discharge each of the carbon dioxide adsorption batteries. From this, this charging/discharging device becomes a charging/discharging device with high energy efficiency. Further, the charging/discharging device can separate carbon dioxide. In addition, in the first carbon dioxide adsorption battery 10a and the second carbon dioxide adsorption battery 10b, when charging, gas containing carbon dioxide (air containing nitrogen and carbon dioxide, etc.) is introduced into the flow path 15a. Nitrogen (nitrogen and unadsorbed carbon dioxide) is discharged through the flow path 15b. Further, in the first carbon dioxide adsorption battery 10a and the second carbon dioxide adsorption battery 10b, when discharging, carbon dioxide is discharged through the flow path 15c. Note that FIG. 6 is a schematic diagram showing the configuration of an example of the charging/discharging device 40 according to the embodiment of the present invention.
本明細書は、上述したように、様々な態様の技術を開示しているが、そのうち主な技術を以下に纏める。 As described above, this specification discloses techniques in various aspects, and the main techniques are summarized below.
本発明の一局面は、負極と、正極と、前記負極と前記正極との間に配置されたセパレータと、前記負極と前記セパレータとの間及び前記正極と前記セパレータとの間のそれぞれに配置された電解質層とを備え、前記負極が、気体を透過可能な電極であり、前記電解質層が、二酸化炭素を溶解可能な電解液と、N-オキシラジカル基を分子内に有するレドックス化合物とを含み、前記セパレータが、前記レドックス化合物の透過を抑制し、前記電解液を透過可能である二酸化炭素吸着電池である。 One aspect of the present invention is a negative electrode , a positive electrode, a separator disposed between the negative electrode and the positive electrode , and a separator disposed between the negative electrode and the separator and between the positive electrode and the separator, respectively. the negative electrode is a gas-permeable electrode, and the electrolyte layer includes an electrolytic solution capable of dissolving carbon dioxide and a redox compound having an N-oxy radical group in the molecule. , the separator is a carbon dioxide adsorption battery in which the separator suppresses permeation of the redox compound and allows the electrolyte to permeate.
このような構成によれば、二酸化炭素を含む気体から二酸化炭素を簡易に吸着しつつ、充電可能な二酸化炭素吸着電池を提供することができる。 According to such a configuration, it is possible to provide a rechargeable carbon dioxide adsorption battery while easily adsorbing carbon dioxide from a gas containing carbon dioxide.
このことは、以下のことによると考えられる。 This is thought to be due to the following.
前記負極は、前記負極周辺に存在する気体を透過させることができる。前記負極を気体が透過すると、前記負極を透過した気体は前記電解質層に接触することになる。このことにより、前記負極周辺に存在する気体に含まれる二酸化炭素は、前記電解質層に含まれる電解液に溶解される。 The negative electrode may allow gas present around the negative electrode to pass therethrough. When gas passes through the negative electrode , the gas that has passed through the negative electrode comes into contact with the electrolyte layer. As a result, carbon dioxide contained in the gas existing around the negative electrode is dissolved in the electrolytic solution contained in the electrolyte layer.
前記二酸化炭素吸着電池は、充電時には、前記負極の電位が前記正極の電位より低くなるように、すなわち、前記正極の電位が前記負極の電位より高くなるように、前記負極と前記正極との間に電圧を印加する。 During charging, the carbon dioxide adsorption battery is configured such that a voltage between the negative electrode and the positive electrode is set such that the potential of the negative electrode is lower than the potential of the positive electrode, that is, the potential of the positive electrode is higher than the potential of the negative electrode. Apply voltage to.
前記電解質層に含まれる前記レドックス化合物は、前記負極に近い側では、前記負極の電位が前記正極の電位より高いことから、N-オキシラジカル基が還元され、N-オキシアニオン基になる。そして、前記電解液に溶解された二酸化炭素が、このN-オキシアニオン基に結合されるため、前記電解液への二酸化炭素の溶解が促進される。このため、前記二酸化炭素吸着電池は、充電時には、前記負極側から二酸化炭素が取り込まれ、前記電解質層に二酸化炭素が吸着されることになる。 In the redox compound contained in the electrolyte layer, since the potential of the negative electrode is higher than the potential of the positive electrode on the side closer to the negative electrode, the N-oxy radical group is reduced to become an N-oxyanion group. Since the carbon dioxide dissolved in the electrolyte is bonded to this N-oxyanion group, dissolution of carbon dioxide in the electrolyte is promoted. Therefore, when the carbon dioxide adsorption battery is charged, carbon dioxide is taken in from the negative electrode side, and carbon dioxide is adsorbed in the electrolyte layer.
一方で、前記電解質層に含まれる前記レドックス化合物は、前記正極に近い側では、前記正極の電位が前記負極の電位より低いことから、N-オキシラジカル基が酸化され、N-オキシカチオン基になる。 On the other hand, in the redox compound contained in the electrolyte layer, on the side closer to the positive electrode , since the potential of the positive electrode is lower than the potential of the negative electrode, N-oxy radical groups are oxidized and converted to N-oxycation groups. Become.
前記セパレータは、前記電解液を透過可能であるものの、前記レドックス化合物の透過を抑制する。すなわち、前記レドックス化合物は前記電解液より前記セパレータを透過しにくい。このため、N-オキシラジカル基が還元され、N-オキシアニオン基になったレドックス化合物も、二酸化炭素が結合されたレドックス化合物も、前記セパレータを透過して、前記正極側に移行しにくい。よって、充電を停止させた後も、放電させなければ、これらのレドックス化合物は、前記電解質層の前記セパレータより前記負極側に保持される。N-オキシラジカル基が酸化され、N-オキシカチオン基になったレドックス化合物も、前記セパレータを透過して、前記負極側に移行しにくい。よって、充電を停止させた後も、放電させなければ、このN-オキシカチオン基を分子内に有するレドックス化合物は、前記電解質層の前記セパレータより前記正極側に保持される。これらのことから、前記二酸化炭素吸着電池は、充電状態を維持することができる。 Although the separator is permeable to the electrolyte, it suppresses permeation of the redox compound. That is, the redox compound is less likely to permeate through the separator than the electrolyte. Therefore, both the redox compound whose N-oxyradical group is reduced to become an N-oxyanion group and the redox compound to which carbon dioxide is bonded are difficult to pass through the separator and migrate to the positive electrode side. Therefore, even after charging is stopped, these redox compounds are retained in the electrolyte layer closer to the negative electrode than the separator unless discharged. A redox compound whose N-oxyradical group is oxidized to become an N-oxycation group is also difficult to pass through the separator and migrate to the negative electrode side. Therefore, even after charging is stopped, if discharge is not performed, the redox compound having an N-oxycation group in its molecule is retained closer to the positive electrode than the separator of the electrolyte layer. For these reasons, the carbon dioxide adsorption battery can maintain a charged state.
以上のように、前記二酸化炭素吸着電池は、二酸化炭素を含む気体から二酸化炭素を簡易に吸着しつつ、充電をすることができると考えられる。また、前記二酸化炭素吸着電池は、前記キノン化合物ではなく、前記キノン化合物より耐久性の高いN-オキシラジカル基を分子内に有するレドックス化合物を用いることから、耐久性にも優れている。 As described above, it is thought that the carbon dioxide adsorption battery can be charged while easily adsorbing carbon dioxide from a gas containing carbon dioxide. Furthermore, the carbon dioxide adsorption battery has excellent durability because it uses a redox compound having an N-oxy radical group in its molecule, which is more durable than the quinone compound, instead of the quinone compound.
前記のように、充電された前記二酸化炭素吸着電池を放電すると、前記電解質層の前記セパレータより前記正極側では、N-オキシカチオン基がN-オキシラジカル基に戻る。前記電解質層の前記セパレータより前記負極側では、前記レドックス化合物から、二酸化炭素が脱離し、N-オキシアニオン基がN-オキシラジカル基に戻る。よって、前記二酸化炭素吸着電池は、放電時には、前記負極側から二酸化炭素を放出することができる。放電時に前記二酸化炭素吸着電池から放出される気体は、充電時に前記二酸化炭素吸着電池に吸着されていた気体が主となるため、二酸化炭素濃度の非常に高い気体である。このことから、前記二酸化炭素吸着電池は、二酸化炭素を濃縮できることになる。 As described above, when the charged carbon dioxide adsorption battery is discharged, the N-oxycation groups return to N-oxyradical groups on the positive electrode side of the electrolyte layer from the separator. On the negative electrode side of the electrolyte layer from the separator, carbon dioxide is desorbed from the redox compound, and the N-oxyanion group returns to an N-oxyradical group. Therefore, the carbon dioxide adsorption battery can release carbon dioxide from the negative electrode side during discharge. The gas released from the carbon dioxide adsorption battery during discharging is mainly the gas that was adsorbed by the carbon dioxide adsorption battery during charging, and therefore has a very high carbon dioxide concentration. This means that the carbon dioxide adsorption battery can concentrate carbon dioxide.
よって、前記二酸化炭素吸着電池は、充電時に二酸化炭素を吸着し、放電時に二酸化炭素を放出することができ、この吸着及び放出によって、二酸化炭素を濃縮することができる。また、この吸着及び放出は、前記負極と前記正極との間への電圧の印加によって行われるので、高温にする必要や高圧にする必要がなく、常温及び大気圧で行うことができる。 Therefore, the carbon dioxide adsorption battery can adsorb carbon dioxide during charging and release carbon dioxide during discharge, and carbon dioxide can be concentrated by this adsorption and release. Further, since this adsorption and release is performed by applying a voltage between the negative electrode and the positive electrode , there is no need to raise the temperature or pressure, and the adsorption and release can be performed at room temperature and atmospheric pressure.
また、前記二酸化炭素吸着電池において、前記正極が、気体の透過を遮断する気体透過遮断部を備えることが好ましい。 Further, in the carbon dioxide adsorption battery, it is preferable that the positive electrode includes a gas permeation blocking portion that blocks gas permeation.
このような構成によれば、二酸化炭素を含む気体から二酸化炭素を簡易に吸着しつつ、充電可能であり、その充電状態をより維持することができる。 According to such a configuration, it is possible to charge the battery while easily adsorbing carbon dioxide from a gas containing carbon dioxide, and it is possible to better maintain the charged state.
また、前記二酸化炭素吸着電池において、前記正極が、外気と接触しないように構成されていることが好ましい。 Further, in the carbon dioxide adsorption battery, it is preferable that the positive electrode is configured so as not to come into contact with outside air.
このような構成によれば、二酸化炭素を含む気体から二酸化炭素を簡易に吸着しつつ、充電可能であり、その充電状態をより維持することができる。 According to such a configuration, it is possible to charge the battery while easily adsorbing carbon dioxide from a gas containing carbon dioxide, and it is possible to better maintain the charged state.
前記正極が、気体の透過を遮断する気体透過遮断部を備える場合、及び外気と接触しないように構成されている場合において、上記のように、二酸化炭素を含む気体から二酸化炭素を簡易に吸着しつつ、充電可能であり、その充電状態をより維持することができることは、以下のことによると考えられる。 In the case where the positive electrode includes a gas permeation blocking part that blocks gas permeation, and in the case where it is configured so as not to come into contact with the outside air, carbon dioxide can be easily adsorbed from a gas containing carbon dioxide as described above. However, the fact that the battery can be charged and the state of charge can be better maintained is considered to be due to the following.
前記二酸化炭素吸着電池では、上述したように、前記セパレータによって、前記レドックス化合物の移動が抑制されるが、前記レドックス化合物が前記セパレータを透過することもありえる。例えば、前記二酸化炭素吸着電池において、前記電解質層の前記セパレータより前記負極側から前記正極側に、上述したような二酸化炭素が結合されたレドックス化合物が移動することもありえる。充電時又は充電状態を保持している状態のときに、このように、二酸化炭素が結合されたレドックス化合物が移動すると、前記正極の近くで、前記レドックス化合物が酸化され、前記レドックス化合物から、二酸化炭素が脱離し、N-オキシアニオン基がN-オキシラジカル基に戻る。その際、二酸化炭素が正極側から放出されると、このような二酸化炭素が結合されたレドックス化合物の移動が促進されうる。よって、前記正極が、気体の透過を遮断する気体透過遮断部を備える場合、及び外気と接触しないように構成されている場合、このような移動の促進が起こることを防止でき、充電状態をより維持できると考えられる。 In the carbon dioxide adsorption battery, as described above, the separator suppresses the movement of the redox compound, but the redox compound may permeate through the separator. For example, in the carbon dioxide adsorption battery, the above-described redox compound to which carbon dioxide is bound may migrate from the negative electrode side to the positive electrode side of the separator of the electrolyte layer. When the redox compound to which carbon dioxide is bound moves in this way during charging or while maintaining the charged state, the redox compound is oxidized near the positive electrode , and the redox compound is converted into carbon dioxide. Carbon is eliminated and the N-oxyanion group returns to an N-oxyradical group. At this time, when carbon dioxide is released from the positive electrode side, movement of the redox compound to which carbon dioxide is bound can be promoted. Therefore, if the positive electrode is provided with a gas permeation blocking part that blocks gas permeation, and if it is configured so as not to come into contact with the outside air, it is possible to prevent such acceleration of movement from occurring, and the state of charge can be further improved. It is thought that it can be maintained.
また、前記二酸化炭素吸着電池は、上述したように、充電時に二酸化炭素を吸着し、放電時に二酸化炭素を放出する。このことから、前記二酸化炭素吸着電池は、充電時に二酸化炭素を吸着し、放電時に二酸化炭素を放出するように用いることが好ましい。 Furthermore, as described above, the carbon dioxide adsorption battery adsorbs carbon dioxide during charging and releases carbon dioxide during discharge. For this reason, it is preferable that the carbon dioxide adsorption battery be used so as to adsorb carbon dioxide during charging and release carbon dioxide during discharging.
また、前記二酸化炭素吸着電池において、前記レドックス化合物は、前記N-オキシラジカル基に4級炭素が2つ結合された化合物であることが好ましい。 Further, in the carbon dioxide adsorption battery, the redox compound is preferably a compound in which two quaternary carbons are bonded to the N-oxy radical group.
このような構成によれば、二酸化炭素を含む気体から二酸化炭素をより吸着することができ、充電状態をより維持することができる。このことは、前記レドックス化合物への二酸化炭素の結合及び脱離をより好適に行うことができることによると考えられる。 According to such a configuration, more carbon dioxide can be adsorbed from the gas containing carbon dioxide, and the state of charge can be better maintained. This is considered to be due to the fact that carbon dioxide can be bonded to and desorbed from the redox compound more appropriately.
また、前記二酸化炭素吸着電池において、前記レドックス化合物は、下記式(1)で表される化合物、又は、下記式(1)で表される化合物から水素原子が1つ脱離された基を有する化合物であることが好ましい。 Further, in the carbon dioxide adsorption battery, the redox compound has a compound represented by the following formula (1) or a group from which one hydrogen atom has been removed from the compound represented by the following formula (1). Preferably, it is a compound.
式(1)中、Zは、-CR5R6CR7R8-、-CR9R10CR11R12CR13R14-、-(CR15R16)O-、-(CR17R18)NR27-、-(CR19R20)O(CR21R22)-、又は、-(CR23R24)NR28(CR25R26)-を示し、R1~R28は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を示す。 In formula (1), Z is -CR 5 R 6 CR 7 R 8 -, -CR 9 R 10 CR 11 R 12 CR 13 R 14 -, -(CR 15 R 16 )O-, -(CR 17 R 18 ) NR 27 -, -(CR 19 R 20 )O(CR 21 R 22 )-, or -(CR 23 R 24 )NR 28 (CR 25 R 26 )-, and R 1 to R 28 are Each independently represents a hydrogen atom or a substituent.
このような構成によれば、二酸化炭素を含む気体から二酸化炭素をより吸着することができ、充電状態をより維持することができる。このことは、前記レドックス化合物への二酸化炭素の結合及び脱離をより好適に行うことができることによると考えられる。 According to such a configuration, more carbon dioxide can be adsorbed from the gas containing carbon dioxide, and the state of charge can be better maintained. This is considered to be due to the fact that carbon dioxide can be bonded to and desorbed from the redox compound more appropriately.
また、前記二酸化炭素吸着電池において、前記負極が、グラファイト、カーボンナノチューブ、活性炭、及び炭素繊維からなる群から選ばれる少なくとも1種を含む導電材料からなることが好ましい。 Further, in the carbon dioxide adsorption battery, it is preferable that the negative electrode is made of a conductive material containing at least one member selected from the group consisting of graphite, carbon nanotubes, activated carbon, and carbon fibers.
このような構成によれば、二酸化炭素を含む気体から二酸化炭素をより吸着することができ、充電状態をより維持することができる。このことは、前記負極を二酸化炭素がより好適に透過でき、また、充電時には、前記負極と前記正極との間に電圧をより好適に印加することができることによると考えられる。 According to such a configuration, more carbon dioxide can be adsorbed from the gas containing carbon dioxide, and the state of charge can be better maintained. This is thought to be due to the fact that carbon dioxide can more appropriately permeate through the negative electrode , and that a voltage can be more appropriately applied between the negative electrode and the positive electrode during charging.
また、本発明の他の一局面は、前記二酸化炭素吸着電池を2つ以上備える充放電装置である。 Another aspect of the present invention is a charging/discharging device including two or more of the carbon dioxide adsorption batteries.
このような構成によれば、上述したように、前記二酸化炭素吸着電池を備える充放電装置を提供することができる。また、前記充放電装置は、2つ以上の前記二酸化炭素吸着電池を備えることによって、それぞれの前記二酸化炭素吸着電池に対して、交互に充電及び放電を繰り返すことができる。具体的には、まず、一方の前記二酸化炭素吸着電池(第1電池)を充電する。その後、前記第1電池に接続された、他方の前記二酸化炭素吸着電池(第2電池)を、前記第1電池を放電することにより、充電させることができる。その後、前記第2電池を放電することにより、前記第1電池を充電させることができる。このように、前記第1電池を一旦充電することによって、前記第2電池及び前記第1電池に対して、交互に充電及び放電を繰り返すことができる充放電装置として作用させることができる。このことから、この充放電装置は、エネルギー効率の高い充放電装置となる。また、前記充放電装置は、二酸化炭素を分離することができる。 According to such a configuration, as described above, a charging/discharging device including the carbon dioxide adsorption battery can be provided. Furthermore, by including two or more of the carbon dioxide adsorption batteries, the charging/discharging device can alternately charge and discharge each of the carbon dioxide adsorption batteries. Specifically, first, one of the carbon dioxide adsorption batteries (first battery) is charged. Thereafter, the other carbon dioxide adsorption battery (second battery) connected to the first battery can be charged by discharging the first battery. Thereafter, by discharging the second battery, the first battery can be charged. In this manner, by once charging the first battery, it is possible to cause the second battery and the first battery to act as a charging/discharging device that can alternately repeat charging and discharging. From this, this charging/discharging device becomes a charging/discharging device with high energy efficiency. Further, the charging/discharging device can separate carbon dioxide.
本発明によれば、二酸化炭素を含む気体から二酸化炭素を簡易に吸着しつつ、充電可能な二酸化炭素吸着電池を提供することができる。また、本発明によれば、前記二酸化炭素吸着電池を備える充放電装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a carbon dioxide adsorption battery that can be charged while easily adsorbing carbon dioxide from a gas containing carbon dioxide. Further, according to the present invention, a charging/discharging device including the carbon dioxide adsorption battery can be provided.
以下に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.
[実施例1]
<二酸化炭素吸着電池の作製>
以下の手順で、図1及び図2に示す構造を有する二酸化炭素吸着電池を作製した。
[Example 1]
<Preparation of carbon dioxide adsorption battery>
A carbon dioxide adsorption battery having the structure shown in FIGS. 1 and 2 was manufactured using the following procedure.
(電解質層)
ジメチルホルムアミド(富士フイルム和光純薬株式会社製)100.0gに、Poly(vinylidenefluoride-co-hexafluoropropylene)(シグマアルドリッチ社製)を6.5g添加して、80℃で3時間撹拌して溶解させた。次に、得られた溶液に、前記レドックス化合物である、4-メタクリロイルオキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジニルオキシラジカル(東京化成工業株式会社製)をモノマーとして、常法のアニオン重合法によって重合して得られた化合物[ポリ(4-メタクリロイルオキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジニルオキシラジカル)](不揮発性)24.0g添加し、80℃で3時間撹拌して溶解させた。次に、得られた溶液に、二酸化炭素を溶解可能な電解液である、イオン液体[1-エチル-3-メチルイミダゾリウムビス(フルオロスルホニル)イミド(不揮発性)(シグマアルドリッチ社製のemimFSI)]12.9gを添加し、40℃に加熱し、3時間攪拌混合した。このようにして得られた液体を用いてアプリケーターにて厚み500μmの液膜をガラス板上に作製して、60℃で8時間減圧乾燥した。前記乾燥により得られた乾燥膜をガラス板から剥がした。そうすることによって、厚み100μmの乾燥膜を得た。この得られた乾燥膜を、縦20mm×横24mmのサイズに切り出したものを、電解質層として使用した。得られた電解質層を目視で確認したところ、微小な穴(ピンホール)が確認できなかった。
(electrolyte layer)
6.5 g of Poly (vinylidenefluoride-co-hexafluoropropylene) (manufactured by Sigma-Aldrich) was added to 100.0 g of dimethylformamide (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and dissolved by stirring at 80° C. for 3 hours. . Next, the redox compound 4-methacryloyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxy radical (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added to the obtained solution as a monomer, and a conventional method was added. 24.0 g of a compound [poly(4-methacryloyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxy radical)] (nonvolatile) obtained by polymerization by anionic polymerization method was added, and Stir for hours to dissolve. Next, an ionic liquid [1-ethyl-3-methylimidazolium bis(fluorosulfonyl)imide (non-volatile) (emimFSI manufactured by Sigma-Aldrich), which is an electrolytic solution capable of dissolving carbon dioxide, is added to the obtained solution. ]12.9g was added, heated to 40°C, and stirred and mixed for 3 hours. Using the liquid thus obtained, a liquid film with a thickness of 500 μm was formed on a glass plate using an applicator, and the film was dried under reduced pressure at 60° C. for 8 hours. The dried film obtained by the drying process was peeled off from the glass plate. By doing so, a dry film with a thickness of 100 μm was obtained. The obtained dried membrane was cut into a size of 20 mm in length x 24 mm in width and used as an electrolyte layer. When the obtained electrolyte layer was visually inspected, no minute holes (pinholes) were observed.
(電極:負極及び正極)
カーボンペーパー(SGLカーボンジャパン株式会社製のGDL35BC)を、縦30mm×横30mm×厚み1mmのサイズに複数枚切り出した。
(Electrode: negative electrode and positive electrode )
A plurality of sheets of carbon paper (GDL35BC manufactured by SGL Carbon Japan Co., Ltd.) were cut into a size of 30 mm long x 30 mm wide x 1 mm thick.
負極としては、この切り出したカーボンペーパーの一方の面に、導電性銅箔テープ(タブとして使用)を貼り付けたものを使用した。 As the negative electrode , a conductive copper foil tape (used as a tab) was attached to one side of the cut out carbon paper.
正極としては、この切り出したカーボンペーパー(正極本体)の一方の面に、縦30mm×横30mm×厚み8mmの銅箔(気体透過遮蔽部)を導電性接着剤(藤倉化成株式会社製のドータイトD-550)で接着させたもの(正極本体と気体透過遮蔽部とを備えた正極)を用いた。 As a positive electrode , a copper foil ( gas permeation shielding part) measuring 30 mm long x 30 mm wide x 8 mm thick was attached to one side of the cut carbon paper (positive electrode body) using a conductive adhesive (Dotite D manufactured by Fujikura Kasei Co., Ltd.). -550) (a positive electrode comprising a positive electrode body and a gas permeation shielding part) was used.
(セパレータ)
セパレータとしては、ポリプロピレン系セパレータ(ポリポア株式会社製のセルガード#2400)を縦30mm×横30mmのサイズに切り出したものを使用した。
(Separator)
As the separator, a polypropylene separator (Celguard #2400 manufactured by Polypore Co., Ltd.) cut into a size of 30 mm in length x 30 mm in width was used.
(流路)
ポリテトラフルオロエチレン製の樹脂板を、縦50mm×横50mm×厚み5mmのサイズに切り出し、適所に穴を2箇所あけた。この切り出した樹脂板に、前記穴と連結する、深さ1mm×縦20mm×横20mmの溝を掘った。これを流路として用いた。
(flow path)
A resin plate made of polytetrafluoroethylene was cut into a size of 50 mm long x 50 mm wide x 5 mm thick, and two holes were punched at appropriate locations. A groove with a depth of 1 mm, a length of 20 mm, and a width of 20 mm was dug in the cut resin plate to connect with the hole. This was used as a flow path.
(二酸化炭素吸着電池)
前記セパレータに対して、その両面に前記電解質層を積層し、さらに、その積層したものに対して、一方に前記負極を、他方に前記正極を積層し、さらに、その積層したものの両面に、前記流路を組み立てることによって、正極側にも流路が形成されたこと以外は、図1及び図2に示すような構造となるように、二酸化炭素吸着電池を製造した。なお、ここで製造した二酸化炭素吸着電池では、正極側からの気体の漏れがないことを確認するために、正極側にも流路を形成した。そして、前記二酸化炭素吸着電池は、充電時には、図1に示すように、前記負極の導電性銅箔テープと前記正極の銅箔とに、電圧印加部としての電源を接続した。また、前記二酸化炭素吸着電池は、放電時には、図2に示すように、前記負極の導電性銅箔テープと前記正極の銅箔とに抵抗を接続した。
(carbon dioxide adsorption battery)
The electrolyte layer is laminated on both sides of the separator, and the negative electrode is laminated on one side of the separator, and the positive electrode is laminated on the other side of the separator. A carbon dioxide adsorption battery was manufactured to have a structure as shown in FIGS. 1 and 2, except that a channel was also formed on the positive electrode side by assembling the channel. In the carbon dioxide adsorption battery manufactured here, a flow path was also formed on the positive electrode side in order to confirm that there was no gas leakage from the positive electrode side. When charging the carbon dioxide adsorption battery, as shown in FIG. 1, a power source serving as a voltage application section was connected to the conductive copper foil tape of the negative electrode and the copper foil of the positive electrode. Furthermore, during discharge, in the carbon dioxide adsorption battery, a resistor was connected to the conductive copper foil tape of the negative electrode and the copper foil of the positive electrode, as shown in FIG.
[評価]
前記二酸化炭素吸着電池を、以下の評価方法で評価した。
[evaluation]
The carbon dioxide adsorption battery was evaluated using the following evaluation method.
まず、前記二酸化炭素吸着電池を、室温(28℃)の環境下に設置し、前記負極(放電時におけるアノード側電極)側の流路の穴に、二酸化炭素が充填したガスバックを装着した。前記正極(放電時におけるカソード側電極)側の流路の穴に、窒素を充填したガスバックを装着した。前記負極(放電時におけるアノード側電極)側の流路の穴及び前記正極(放電時におけるカソード側電極)側の流路の穴のそれぞれに、ポータブル炭酸ガス濃度計(東亜ディーケーケー株式会社製のCGP-31)を装着した。この装着時に測定された二酸化濃度は、0.4%(4000ppm)であった。そして、前記電源を調整することにより、前記電極間(前記負極と前記正極との間)に、0.25mAの定電流で電圧が4Vになるまで充電した後、3Vまで放電することにより、前記二酸化炭素吸着電池の放電特性を測定した。具体的には、以下のようにして、前記二酸化炭素吸着電池の放電特性の測定(放電レート特性評価)を行った。 First, the carbon dioxide adsorption battery was placed in an environment at room temperature (28° C.), and a gas bag filled with carbon dioxide was attached to the hole in the channel on the negative electrode ( anode side electrode during discharge ) side. A gas bag filled with nitrogen was attached to the hole in the channel on the positive electrode ( cathode side electrode during discharge ) side. A portable carbon dioxide gas concentration meter (CGP manufactured by DKK Toa Co. , Ltd. -31) was installed. The dioxide concentration measured during this installation was 0.4% (4000 ppm). Then, by adjusting the power supply, the voltage between the electrodes (between the negative electrode and the positive electrode) is charged to 4V with a constant current of 0.25 mA, and then the voltage is discharged to 3V. The discharge characteristics of the carbon dioxide adsorption battery were measured. Specifically, the discharge characteristics of the carbon dioxide adsorption battery were measured (discharge rate characteristics evaluation) as follows.
放電レート特性評価
充放電試験装置(東洋システム株式会社製のTOSCAT)を用いて、前記二酸化炭素吸着電池に対して、2.5mAの定電流充電を電圧が4Vになるまで行った後、つづけて0.25mAとなるまで4Vで定電圧充電を行った。その後、放電電流1C(2.5mA)で定電流放電を行い、そのときの放電容量(mAh/g)を測定した。なお、放電容量は、ラジカル材料の効率を比較しやすくするためラジカル材料の重量当たりの容量として求めた。
Discharge rate characteristic evaluation Using a charge/discharge test device (TOSCAT manufactured by Toyo System Co., Ltd.), the carbon dioxide adsorption battery was charged at a constant current of 2.5 mA until the voltage reached 4 V, and then Constant voltage charging was performed at 4V until the voltage reached 0.25mA. Thereafter, constant current discharge was performed at a discharge current of 1 C (2.5 mA), and the discharge capacity (mAh/g) at that time was measured. Note that the discharge capacity was determined as the capacity per weight of the radical material in order to facilitate comparison of the efficiency of the radical material.
この放電レート特性評価を測定した時、前記充電終了後に、前記負極(放電時におけるアノード側電極)側の流路の穴に装着したポータブル炭酸ガス濃度計(東亜ディーケーケー株式会社製のCGP-31)で残留二酸化炭素濃度(充電後のCO2濃度)を計測した。また、前記放電の後に、前記負極(放電時におけるアノード側電極)側の流路の穴に装着したポータブル炭酸ガス濃度計で二酸化炭素濃度(放電後のCO2濃度)を計測した。なお、正極側に形成された流路から気体が漏れていないことを確認した。 When measuring this discharge rate characteristic evaluation, after the completion of the charging, a portable carbon dioxide gas concentration meter (CGP-31 manufactured by DKK Toa Co., Ltd.) was attached to the hole in the flow path on the side of the negative electrode ( anode side electrode during discharging ). The residual carbon dioxide concentration (CO 2 concentration after charging) was measured. Further, after the discharge, the carbon dioxide concentration (CO 2 concentration after discharge) was measured with a portable carbon dioxide gas concentration meter attached to the hole in the channel on the side of the negative electrode ( anode side electrode during discharge ). In addition, it was confirmed that no gas leaked from the flow path formed on the positive electrode side.
これらの結果を表1に示す。 These results are shown in Table 1.
[実施例2]
二酸化炭素を溶解可能な電解液(イオン液体)として、ポリ(4-メタクリロイルオキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジニルオキシラジカル)の代わりに、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウム ビス(トリフロロメチルスルホニルイミド)42.9gを用いたこと以外は、実施例1と同様にして、二酸化炭素吸着電池を製造した。そして、得られた二酸化炭素吸着電池を用いて、実施例1と同様の評価を行った。なお、正極側に形成された流路から気体が漏れていないことを確認した。
[Example 2]
As an electrolyte (ionic liquid) that can dissolve carbon dioxide, 1-butyl-3-methylimidazolium is used instead of poly(4-methacryloyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxy radical). A carbon dioxide adsorption battery was produced in the same manner as in Example 1 except that 42.9 g of bis(trifluoromethylsulfonylimide) was used. Then, the same evaluation as in Example 1 was performed using the obtained carbon dioxide adsorption battery. In addition, it was confirmed that no gas leaked from the flow path formed on the positive electrode side.
これらの結果は、表1に示す。 These results are shown in Table 1.
[実施例3]
前記正極として、正極本体と気体透過遮蔽部とを備えた正極の代わりに、負極と同じ電極(前記切り出したカーボンペーパーの一方の面に、導電性銅箔テープ(タブとして使用)を貼り付けたもの)を用いたこと以外、すなわち、正極が気体透過遮蔽部を備えないこと以外は、実施例1と同様にして、二酸化炭素吸着電池を製造した。そして、得られた二酸化炭素吸着電池を用いて、実施例1と同様の評価を行った。なお、正極側に形成された流路から気体が漏れていないことを確認した。
[Example 3]
As the positive electrode , the same electrode as the negative electrode (a conductive copper foil tape (used as a tab) was pasted on one side of the cut out carbon paper) was used instead of a positive electrode comprising a positive electrode body and a gas permeation shielding part. A carbon dioxide adsorption battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the positive electrode was not equipped with a gas permeation shielding part. Then, the same evaluation as in Example 1 was performed using the obtained carbon dioxide adsorption battery. In addition, it was confirmed that no gas leaked from the flow path formed on the positive electrode side.
これらの結果は、表1に示す。 These results are shown in Table 1.
[実施例4]
前記負極として、前記切り出したカーボンペーパーの一方の面に、導電性銅箔テープ(タブとして使用)を貼り付けたものの代わりに、以下の負極を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、二酸化炭素吸着電池を製造した。そして、得られた二酸化炭素吸着電池を用いて、実施例1と同様の評価を行った。なお、正極側に形成された流路から気体が漏れていないことを確認した。
[Example 4]
The same procedure as in Example 1 was carried out, except that the following negative electrode was used instead of a conductive copper foil tape (used as a tab) attached to one side of the cut out carbon paper as the negative electrode. , manufactured a carbon dioxide adsorption battery. Then, the same evaluation as in Example 1 was performed using the obtained carbon dioxide adsorption battery. In addition, it was confirmed that no gas leaked from the flow path formed on the positive electrode side.
これらの結果は、表1に示す。 These results are shown in Table 1.
活性炭(株式会社クラレ製のYP-50)と、スチレン-ブタジエンラバー(SBR)(JSR株式会社製のTRD2001)と、カルボキシメチルセルロース(CMC)(第一工業製薬株式会社製のセロゲンBSH)と、カーボンブラック(TIMCAL Graphite&Carbon社製のSuper-P)とを、活性炭:SBR:CMC:カーボンブラック=90:3:2:5(質量比)になるように水と混合し、スラリーを得た。カーボンペーパーの代わりに、ステンレス鋼製のメッシュ(株式会社くればぁ製のステンレスメッシュ、ステンレス304、メッシュ数635)を用い、得られたスラリーを、このステンレス鋼製のメッシュに、バーコーターで塗工後、ガラスチューブオーブンを用いて、減圧雰囲気下150℃で7時間乾燥して、活性炭塗工電極(活性炭部厚み150μm)を得た。この電極を負極として使用した。 Activated carbon (YP-50 manufactured by Kuraray Co., Ltd.), styrene-butadiene rubber (SBR) (TRD2001 manufactured by JSR Corporation), carboxymethyl cellulose (CMC) (Celogen BSH manufactured by Dai-ichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.), and carbon Black (Super-P manufactured by TIMCAL Graphite & Carbon) was mixed with water so that activated carbon: SBR: CMC: carbon black = 90:3:2:5 (mass ratio) to obtain a slurry. Instead of carbon paper, a stainless steel mesh (stainless steel mesh manufactured by Kurubaa Co., Ltd., stainless steel 304, mesh number 635) was used, and the obtained slurry was coated on this stainless steel mesh with a bar coater. After the process, it was dried in a glass tube oven at 150° C. for 7 hours under reduced pressure to obtain an activated carbon-coated electrode (activated carbon portion thickness: 150 μm). This electrode was used as a negative electrode .
[比較例1]
レドックス化合物である、4-メタクリロイルオキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジニルオキシラジカル(東京化成工業株式会社製)をモノマーとして、常法のアニオン重合法によって重合して得られた化合物[ポリ(4-メタクリロイルオキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジニルオキシラジカル)](不揮発性)28.4gを、トルエン30.0gに溶解させた。このようにして得られた溶液を、ガラス繊維ろ紙(ADVANTEC社製のGC50)の全面に滴下した。その後、前記溶液が滴下されたガラス繊維ろ紙を、窒素雰囲気下で乾燥した。そうすることで、トルエンが除去され、固体状の電解質層が得られた。この固体状の電解質層を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、デバイスを製造した。そして、得られたデバイスを用いて、実施例1と同様の評価を行った。なお、正極側に形成された流路から気体が漏れていないことを確認した。また、このデバイスは、二酸化炭素を吸着せず、蓄電もしないので、単にデバイスと称する。
[Comparative example 1]
Obtained by polymerizing the redox compound 4-methacryloyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxy radical (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) by a conventional anionic polymerization method as a monomer. 28.4 g of the compound [poly(4-methacryloyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxy radical)] (nonvolatile) was dissolved in 30.0 g of toluene. The solution thus obtained was dropped onto the entire surface of a glass fiber filter paper (GC50 manufactured by ADVANTEC). Thereafter, the glass fiber filter paper onto which the solution had been dropped was dried under a nitrogen atmosphere. By doing so, toluene was removed and a solid electrolyte layer was obtained. A device was manufactured in the same manner as in Example 1 except that this solid electrolyte layer was used. Then, using the obtained device, the same evaluation as in Example 1 was performed. In addition, it was confirmed that no gas leaked from the flow path formed on the positive electrode side. Furthermore, since this device does not adsorb carbon dioxide or store electricity, it is simply referred to as a device.
これらの結果は、表1に示す。 These results are shown in Table 1.
[比較例2]
レドックス化合物を添加しなかったこと以外は、実施例1と同様にして、二酸化炭素吸着電池を製造した。そして、得られた二酸化炭素吸着電池を用いて、実施例1と同様の評価を行った。なお、正極側に形成された流路から気体が漏れていないことを確認した。また、このデバイスは、二酸化炭素を吸着せず、蓄電もしないので、単にデバイスと称する。
[Comparative example 2]
A carbon dioxide adsorption battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that no redox compound was added. Then, the same evaluation as in Example 1 was performed using the obtained carbon dioxide adsorption battery. In addition, it was confirmed that no gas leaked from the flow path formed on the positive electrode side. Furthermore, since this device does not adsorb carbon dioxide or store electricity, it is simply referred to as a device.
これらの結果は、表1に示す。 These results are shown in Table 1.
なお、表1において、放電容量の欄における「-」は、蓄電できなかった(充電状態が維持できなかった)ことを示す。 In Table 1, "-" in the discharge capacity column indicates that electricity could not be stored (charged state could not be maintained).
[比較例3]
前記正極として、正極本体と気体透過遮蔽部とを備えた正極の代わりに、負極と同じ電極(前記切り出したカーボンペーパーの一方の面に、導電性銅箔テープ(タブとして使用)を貼り付けたもの)を用い、セパレータを備えないこと以外は、実施例1と同様にして、デバイスを製造した。なお、このデバイスは、二酸化炭素を吸着せず、蓄電もしないので、二酸化炭素分離装置と称する。
[Comparative example 3]
As the positive electrode , the same electrode as the negative electrode (a conductive copper foil tape (used as a tab) was pasted on one side of the cut out carbon paper) was used instead of a positive electrode comprising a positive electrode body and a gas permeation shielding part. A device was manufactured in the same manner as in Example 1, except that a separator was used and no separator was provided. Note that this device is called a carbon dioxide separator because it neither adsorbs carbon dioxide nor stores electricity.
まず、前記二酸化炭素分離装置を、室温(28℃)の環境下に設置し、放電時におけるアノード側電極側の流路の穴に、二酸化炭素が充填したガスバックを、放電時におけるカソード側流路の穴に、窒素を充填したガスパックを装着した。続いて、放電時におけるアノード側電極側の流路の穴及び放電時におけるカソード側電極側の流路の穴のそれぞれに、前記ポータブル炭酸ガス濃度計を装着した。この装着時に測定された二酸化濃度は、0.4%(4000ppm)であった。そして、前記電源を調整することにより、前記電極間に、0.25mAの定電流で電圧が4Vになるまで印加した。 First, the carbon dioxide separator is installed in an environment at room temperature (28°C), and a gas bag filled with carbon dioxide is inserted into the hole in the flow path on the anode side electrode during discharge. A gas pack filled with nitrogen was attached to the hole in the road. Subsequently, the portable carbon dioxide concentration meter was attached to each of the holes in the flow path on the anode side electrode side during discharge and the holes in the flow path on the cathode side electrode side during discharge . The dioxide concentration measured during this installation was 0.4% (4000 ppm). Then, by adjusting the power source, a constant current of 0.25 mA was applied between the electrodes until the voltage reached 4V.
前記二酸化炭素分離装置は、電圧を印加することにより、放電時におけるアノード側の炭酸ガス濃度計で計測する二酸化炭素濃度は低下し、放電時におけるカソード側の炭酸ガス濃度計で計測する濃度は上昇をはじめた。その後、2時間、電圧を印加した後、電圧の印加を停止させ、電流を停止させると、速やかに、両極間の電圧は下がり、前記デバイスに充電されていないことが確認された。また、放電時におけるアノード側の炭酸ガス濃度計で計測した二酸化炭素濃度は270ppmであり、放電時におけるカソード側の炭酸ガス濃度計で計測した濃度は3520ppmであった。このデバイスでは、電圧を印加することにより、充電時におけるカソード側から充電時におけるアノード側に二酸化炭素を透過させることができるが、充電することができなかった。 In the carbon dioxide separator, by applying a voltage, the carbon dioxide concentration measured by the anode-side carbon dioxide concentration meter during discharge decreases, and the carbon dioxide concentration measured by the cathode-side carbon dioxide concentration meter during discharge increases. I started. Thereafter, after applying voltage for 2 hours, the voltage application was stopped and the current was stopped, and the voltage between the two electrodes immediately decreased, confirming that the device was not charged. Further, the carbon dioxide concentration measured by the anode-side carbon dioxide gas concentration meter during discharge was 270 ppm, and the carbon dioxide concentration measured by the cathode-side carbon dioxide gas concentration meter during discharge was 3520 ppm. In this device, by applying a voltage, carbon dioxide can be permeated from the cathode side during charging to the anode side during charging , but charging was not possible.
表1からわかるように、前記負極、前記正極、前記セパレータ、及び前記電解質層を備える電池において、前記電解質層が、二酸化炭素を溶解可能な電解液と、N-オキシラジカル基を分子内に有するレドックス化合物とを含む二酸化炭素吸着電池(実施例1~4)は、充電可能であった。また、実施例1~4に係る二酸化炭素吸着電池は、充電時には、負極側の二酸化炭素濃度が低下することから、二酸化炭素が吸着されることが確認できた。また、実施例1~4に係る二酸化炭素吸着電池は、充電した後、放電すると、負極側の二酸化炭素濃度が充電前の濃度にほぼ戻ることから、吸着された二酸化炭素が放出されることが確認できた。 As can be seen from Table 1, in the battery comprising the negative electrode , the positive electrode, the separator, and the electrolyte layer, the electrolyte layer contains an electrolytic solution capable of dissolving carbon dioxide and an N-oxy radical group in the molecule. The carbon dioxide adsorption batteries (Examples 1 to 4) containing the redox compound were chargeable. Furthermore, in the carbon dioxide adsorption batteries according to Examples 1 to 4, it was confirmed that carbon dioxide was adsorbed because the carbon dioxide concentration on the negative electrode side decreased during charging. Further, in the carbon dioxide adsorption batteries according to Examples 1 to 4, when the carbon dioxide adsorption batteries are charged and then discharged, the carbon dioxide concentration on the negative electrode side almost returns to the concentration before charging, so that the adsorbed carbon dioxide is not released. It could be confirmed.
これに対して、二酸化炭素を溶解可能な電解液を含まず、N-オキシラジカル基を分子内に有するレドックス化合物からなる固体状の電解質層を用いた場合(比較例1)は、充電できず、蓄電できなかった。また、比較例1に係るデバイスは、充電させようと電極間に電圧を印加しても、負極側の二酸化炭素濃度が低下せず、二酸化炭素が吸着されていないことが確認できた。また、二酸化炭素を溶解可能な電解液を含むが、N-オキシラジカル基を分子内に有するレドックス化合物を含まない電解質層を用いた場合(比較例2)は、比較例1に係るデバイスと同様、充電できず、蓄電できなかった。また、比較例2に係るデバイスは、充電させようと電極間に電圧を印加しても、負極側の二酸化炭素濃度が低下せず、二酸化炭素が吸着されていないことが確認できた。これらのデバイスが、充電できず、充電させようと電極間に電圧を印加したときでも二酸化炭素が吸着されなかったのは、充電させようと電極間に電圧を印加しても、前記レドックス化合物への二酸化炭素の結合ができないことによると考えられる。 On the other hand, when a solid electrolyte layer made of a redox compound that does not contain an electrolyte that can dissolve carbon dioxide and has an N-oxy radical group in its molecule (Comparative Example 1), charging was not possible. , it was not possible to store electricity. Furthermore, in the device according to Comparative Example 1, even when a voltage was applied between the electrodes to charge the device, the carbon dioxide concentration on the negative electrode side did not decrease, and it was confirmed that carbon dioxide was not adsorbed. In addition, when an electrolyte layer containing an electrolytic solution capable of dissolving carbon dioxide but not containing a redox compound having an N-oxy radical group in the molecule (Comparative Example 2) is used, the device according to Comparative Example 1 is the same. , could not be charged or stored power. Further, in the device according to Comparative Example 2, even when a voltage was applied between the electrodes to charge the device, the carbon dioxide concentration on the negative electrode side did not decrease, and it was confirmed that carbon dioxide was not adsorbed. The reason these devices could not be charged and carbon dioxide was not adsorbed even when a voltage was applied between the electrodes to charge them is that even if a voltage was applied between the electrodes to charge them, the redox compound did not absorb carbon dioxide. This is thought to be due to the inability of carbon dioxide to bind.
また、セパレータを備えていない場合(比較例3)も、充電できず、蓄電できなかった。比較例3に係るデバイスは、充電させようと電極間に電圧を印加すると、負極側の二酸化炭素濃度が低下し、二酸化炭素が吸着されていることが確認できた。このことは、前記レドックス化合物に二酸化炭素が結合されることによると考えられる。その一方で、充電させようと電極間に電圧を印加している間に、充電時におけるアノード側の二酸化炭素濃度が上昇し、このことから、電極から二酸化炭素が放出されていることが確認できた。このことは、二酸化炭素が結合されたレドックス化合物が、セパレータがないことで、充電時におけるアノード側の電極まで到達し、そこで、前記レドックス化合物から二酸化炭素が脱離することによると考えられる。このことから、比較例3に係るデバイスは、充電できず、蓄電できないと考えられる。 Furthermore, in the case where the separator was not provided (Comparative Example 3), charging was not possible and electricity could not be stored. In the device according to Comparative Example 3, when a voltage was applied between the electrodes to charge the device, the carbon dioxide concentration on the negative electrode side decreased, and it was confirmed that carbon dioxide was adsorbed. This is thought to be due to carbon dioxide being bonded to the redox compound. On the other hand, while a voltage is applied between the electrodes for charging, the carbon dioxide concentration on the anode side increases during charging , and this confirms that carbon dioxide is being released from the electrodes. Ta. This is thought to be because the redox compound to which carbon dioxide is bonded reaches the anode side electrode during charging due to the absence of a separator, and carbon dioxide is desorbed from the redox compound there. From this, it is considered that the device according to Comparative Example 3 cannot be charged and cannot store electricity.
この出願は、2021年3月4日に出願された日本国特許出願特願2021-034204を基礎とするものであり、その内容は、本願に含まれるものである。 This application is based on Japanese Patent Application No. 2021-034204 filed on March 4, 2021, and the contents thereof are included in the present application.
本発明を表現するために、上述において実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および/または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。 In order to express the present invention, the present invention has been appropriately and fully described through the embodiments above, but it is understood that those skilled in the art can easily modify and/or improve the above-described embodiments. should be recognized as such. Therefore, unless the modification or improvement made by a person skilled in the art does not depart from the scope of the claims stated in the claims, such modifications or improvements do not fall outside the scope of the claims. It is interpreted as encompassing.
本発明によれば、二酸化炭素を含む気体から二酸化炭素を簡易に吸着しつつ、充電可能な二酸化炭素吸着電池が提供される。また、本発明によれば、前記二酸化炭素吸着電池を備える充放電装置が提供される。 According to the present invention, a carbon dioxide adsorption battery that can be charged while easily adsorbing carbon dioxide from a gas containing carbon dioxide is provided. Further, according to the present invention, a charging/discharging device including the carbon dioxide adsorption battery is provided.
Claims (8)
正極と、
前記負極と前記正極との間に配置されたセパレータと、
前記負極と前記セパレータとの間及び前記正極と前記セパレータとの間のそれぞれに配置された電解質層とを備え、
前記負極が、気体を透過可能な電極であり、
前記電解質層が、二酸化炭素を溶解可能な電解液と、N-オキシラジカル基を分子内に有するレドックス化合物とを含み、
前記セパレータが、前記レドックス化合物の透過を抑制し、前記電解液を透過可能であることを特徴とする二酸化炭素吸着電池。 a negative electrode ;
a positive electrode ;
a separator disposed between the negative electrode and the positive electrode ;
an electrolyte layer disposed between the negative electrode and the separator and between the positive electrode and the separator,
the negative electrode is an electrode that is permeable to gas;
The electrolyte layer includes an electrolytic solution capable of dissolving carbon dioxide and a redox compound having an N-oxy radical group in the molecule,
A carbon dioxide adsorption battery, wherein the separator suppresses permeation of the redox compound and allows permeation of the electrolyte.
[式(1)中、Zは、-CR5R6CR7R8-、-CR9R10CR11R12CR13R14-、-(CR15R16)O-、-(CR17R18)NR27-、-(CR19R20)O(CR21R22)-、又は、-(CR23R24)NR28(CR25R26)-を示し、R1~R28は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を示す。] The redox compound is a compound represented by the following formula (1) or a compound having a group from which one hydrogen atom has been removed from the compound represented by the following formula (1). The carbon dioxide adsorption battery according to any one of the items.
[In formula (1), Z is -CR 5 R 6 CR 7 R 8 -, -CR 9 R 10 CR 11 R 12 CR 13 R 14 -, -(CR 15 R 16 )O-, -(CR 17 R 18 )NR 27 -, -(CR 19 R 20 )O(CR 21 R 22 )-, or -(CR 23 R 24 )NR 28 (CR 25 R 26 )-, and R 1 to R 28 are , each independently represents a hydrogen atom or a substituent. ]
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